2020年, 第27卷, 第9期　
刊出日期：2020-09-20

  

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  原油物性快速评价软件算法库设计与开发

  陈东宇, 刘长鑫, 张煜, 丁进良

  控制工程. 2020, 27(9): 1481-1488. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180476

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  为了满足炼油生产过程对于原油物性快速评价的要求，完善原油物性建模机制，实现原油物性建模的算法扩展、数据建模、物性评价分析等功能，建立原油物性快速评价模型算法库。考虑到针对评价不同物性、物料需选择不同的算法，提出了算法库的核心设计理念。根据建模的需要，对每一个算法都可以自由配置不同的参数，进行模型的训练。使用基于 Node.js 环境完成后端基础服务后台模块的开发，使用 Flask 框架完成算法服务后台模块的开发以及 MySQL 数据库表的设计与实现。开发的算法库作为原油快速评价的工具，提高了原油评价的效率，节省了工作成本。
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  一种基于相轨迹特征的云模型控制器设计

  李晖, 邢振登

  控制工程. 2020, 27(9): 1489-1494. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180093

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  针对复杂工业过程控制对象具有非线性、大惯性、慢时变等特征，提出一种基于相轨迹特征的云模型控制算法，提高系统控制性能。首先，根据当前时刻系统状态在相平面中的位置确定下一时刻相轨迹的期望运动方向和输出量的比例系数，在初始阶段较大的输出可以提高系统快速性，稳定阶段较小的输出变化可以减小超调量获得更高的收敛精度；然后，选取相轨迹期望运动方向与变化率最大方向的夹角作为云模型控制器输入量，实现控制；最后，将设计的云模型控制器应用到双容水箱液位控制中,实验结果表明，基

  于相轨迹特征设计的云模型控制器可以对水箱液位进行良好的控制，并且具有参数易于调

  节，跟踪与抗扰性能好等优点。
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  预测模糊 PID 控制在常减压装置中的试验研究

  王晗, 郭奇, 孟繁哲, 李杰, 张世超

  控制工程. 2020, 27(9): 1495-1501. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180022

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  常减压装置具有非线性和滞后性，传统的 PID 控制不能很好解决这一问题，因此提出了预测模糊 PID 控制方法。选取常减压装置中减压段为主要研究对象，通过在Simulink 仿真软件中搭建减压装置的模型并进行仿真，然后将预测模糊 PID 算法在常减压精馏操作实训装置中实现应用。在实际实验操作中针对微小流量检测难的问题，通过优化操作工艺条件，用非定常流近似等效定常流的方法，精选合适的传感器来检测装置中微小变量参数[1]。由仿真和实验结果可得出与传统 PID 控制、模糊 PID 控制相比，预测模糊 PID 控制系统响应速度更快，达到稳定的时间更短，控制精度更高，抗干扰能力更强，解耦能力也更好[1]。
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  西门子 TXP 与外挂燃烧优化控制系统的通信

  张晓宇, 王天伟, 付林, 王懋譞, 王永富

  控制工程. 2020, 27(9): 1502-1508. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180292

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  燃烧优化控制系统为了使锅炉运行在最佳工况，因此需要对某电厂1号锅炉机组参数进行监视和设备控制，详细说明了燃烧优化控制系统如何利用Modbus协议实现与西门子TXP DCS通信的过程。TXP系统中的CM104通信器通过初始化文件配置和通信功能块的组态设计，完成Modbus主站开发；燃烧优化控制系统则基于VS2017平台进行软件设计，配置相应的Modbus从站功能。最后经过工业现场长时间的通信测试，开发完成的燃烧优化控制系统稳定运行、控制效果良好，能够满足与TXP系统实时通信及控制的需求。
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  基于动态补偿器的不确定系统的同步控制

  陈秀琴, 赵娜, 李钧涛

  控制工程. 2020, 27(9): 1509-1512. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180487

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  针对一类具有不确定性和外部扰动的混沌系统，提出了一种新的同步控制方法。首先，在李亚普诺夫理论和线性矩阵不等式(LMI)技术的基础上，引入一个动态补偿器来设计同步控制器，使得在滑模面上误差系统能够在有限时间内收敛到平衡点。同时通过求解一个线性矩阵不等式，得到了动态补偿器的增益矩阵 K。本文设计的控制器结构简单，实现容易，鲁棒性好。最后,基于 Matlab 软件对 Murali-Lakshmannan-Chua 系统进行数值模拟，验证了该控制器方法的有效性。
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  多媒体流数据的无监督分段算法

  刘晓丽, 卢绍文

  控制工程. 2020, 27(9): 1513-1518. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180506

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  工况的准确判别对于电熔镁炉的生产至关重要，工业现场都是根据 3-5 s 的火焰状况来判断熔炼工况的，利用监控视频去做电熔镁炉工况的判别时，就需要基于时间序列来做视频图像的工况分类。而在数据预处理过程中如何对电熔镁炉生产过程中的动态视频图像进行分段就是其中的关键问题。提出了一种电熔镁炉监控视频的无监督分段方法。该方法包含两个主要步骤：视频图像特征提取和基于特征序列的时间序列分段：图像特征提取的目标是提取出能表示原图像的数据特征；自适应分段的目标是构造以段为最小单元的数据样本集，每个数据段是由相等长度的图像特征向量序列组成，同时段内数据尽可能具有相同的分布。最后，采用实际数据的实验结果表明了所提方法的有性。
  
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  遗传算法优化带遗忘因子最小方差性能评估

  张伟, 林振锋

  控制工程. 2020, 27(9): 1519-1524. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180212

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  为提高性能评估指标精度，针对带遗忘因子的线性回归算法(LR)的遗忘因子选值问题，提出了遗传算法优化 ILR 的性能评估算法。传统带遗忘因子的 LR 算法是基于过程数据的性能评估方法，在遗忘因子的取值上采用经验取值的方法，导致评估结果不准确，缺乏严谨性。通过遗传算法对遗忘因子进行优化，可以得到准确度更高的性能评估指标。以火电厂控制回路进行仿真分析，仿真结果表明，相对于传统的带遗忘因子的 LR 算法，引入遗传算法优化后，性能评估结果更准确、严谨，具有更广泛的应用前景。
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  EM 算法多模型时延多率 FIR 模型参数辨识

  李论, 陈晶, 荣英姣

  控制工程. 2020, 27(9): 1525-1530. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180264

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  以多速率系统(MR)为对象，使用多模型方法对带有不确定随机时延的系统参数辨识问题进行研究。其中，局部模型假设为有限脉冲响应(FIR)结构，在每一采样点所出现的未知时延均不是固定的。为了解决这种辨识问题，基于期望最大(EM)算法的框架，给出了辨识该问题的算法。最后，给出仿真例子验证上述方法的有效性。仿真结果表明该算法有较好的辨识精度和较快的收敛速度。
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  非时间参考下的移动机器人路径跟踪控制

  周仁芳, 刘晓峰, 蔡国平

  控制工程. 2020, 27(9): 1531-1537. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180403

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  本文针对轮式移动机器人路径跟踪控制问题，提出了一种基于非时间参考思想的控制方法。与经典的基于时间参考的控制方法不同，该方法采用由机器人当前位置和期望路径之间的几何关系确定的控制参考点设计路径跟踪控制器。由于在此方法中控制参考点只和机器人与期望路径的相对位置有关，摆脱了时间因素的影响，从而克服了当移动机器人遇到停机或者轮胎打滑等突发事件时丧失跟踪能力的缺点。最后通过几种典型路径跟踪的数值仿真验证了该方法的有效性。
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  基于在线轨迹规划的桥式起重机定位消摆控制

  范波, 张炜炜, 廖志明

  控制工程. 2020, 27(9): 1538-1544. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180332

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  针对桥式起重机运输过程中，台车牵引吊绳引起负载惯性摆动的问题，提出了基于在线轨迹规划的桥式起重机定位消摆控制方法。该方法以平滑的定位轨迹为基础，利用台车运动与负载摆动间的动态耦合关系，引入不影响定位的消摆环节，构建定位消摆轨迹，无须离线迭代优化，实现桥式起重机在线规划轨迹，兼顾台车的准确定位与负载消摆的要求。通过仿真对比分析，该方法能够有效的抑制负载摆角，实现台车的准确定位，降低参数整定频率与难度，提高响应速度。
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  多电机系统自适应非奇异固定时间同步控制

  陆晟波, 陈强, 南余荣

  控制工程. 2020, 27(9): 1545-1552. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180330

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  针对多电机位置同步控制系统，提出一种自适应非奇异固定时间位置同步控制方法。首先，根据位置跟踪误差与同步误差定义新的位置耦合误差，提出均值耦合同步策略，保证位置跟踪误差与同步误差的同步收敛。其次，设计非奇异终端滑模面和固定时间控制器，保证位置耦合误差在固定时间内收敛，且收敛时间上界与初始状态无关。同时，设计自适应估计律有效抑制外部扰动及不确定项对系统的影响，且无需已知干扰上界的先验知识。最后，通过四电机同步控制系统的仿真分析表明，该方法能够取得良好的同步跟踪效果，且收敛时间受初始状态影响较小。
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  基于三阶 3 类锁相环的 PMSM 无传感器控制

  李海剑, 易映萍, 石伟

  控制工程. 2020, 27(9): 1553-1559. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180204

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  在基于观测器的永磁同步电机无传感器控制系统中，通过观测器估算得到反电动势后，通过转子位置跟踪环节获取转子位置和转速信息。使用二阶锁相环作为位置跟踪器的情况下，在电机加减速或突发扰动时，动态跟踪误差可能过大，导致系统鲁棒性和稳定性急剧下降。鉴于此，改用三阶 3 类锁相环，通过合理配置锁相环系统零极点，可快速有效消除电机运行中的动态跟踪误差，同时使系统具有良好稳定性和鲁棒性。仿真分析和实验结果均表明该方法的正确性和可行性。
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  柔性机械臂的多时间尺度滑模控制

  史超

  控制工程. 2020, 27(9): 1560-1565. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20200377

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  在多时间尺度下，研究带有扰动及系统不确定性的柔性机械臂的运动控制问题。由于柔性机械臂具有多时间尺度特性，应用传统方法设计控制器容易导致病态数值问题，基于奇异摄动理论，将柔性机械臂建模为带有奇异摄动参数的奇异摄动系统并将其分解为描述刚体运动和柔性振动的快、慢子系统。慢时间尺度下，考虑外界扰动及参数不确定性对系统影响，设计带有扰动观测器的自适应滑模控制器(慢控制器)实现对柔性机械臂的轨迹跟踪。快时间尺度下，为消除未建模动态及慢时间尺度下振动状态等对控制器设计影响，设计鲁棒滑模控制器(快控制器)实现对柔性振动抑制。最后，利用奇异摄动理论将慢控制器与快控制器组合，实现轨迹跟踪和振动抑制的双重控制目标。实验结果表明该方法鲁棒性强控制效果好。
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  混合动力地下铲运机驱动系统控制分析

  胡兴志

  控制工程. 2020, 27(9): 1566-1572. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.161025

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  传统铲运机的发动机选型必须满足联合铲装工况的峰值功率需求，而发动机长时间低负荷工作导致铲运机较差的燃油经济性和排放性能，因此将混合动力技术应用到铲运机上具有重要意义。针对电动轮驱动地下铲运机“L”型循环工况特点，增加超级电容器作为储能单元，与柴油发电机组进行串联布置，设计混合动力铲运机驱动系统结构，制定驱动系统控制策略；动态协调控制是控制策略的重要组成部分，对各部件进行动态调节，使系统在动态中达到平衡，工作在选择的驱动系统工作模式下。搭建混合动力驱动系统试验台，对控制系统试验与调试。试验内容包括各动力子系统试验、混合动力系统工作模式调试、系统联合调试，验证系统的有效性和合理性。结果可知控制系统可以满足整车需要，响应速度和限功率控制及其他保护报警功能达到设计要求，为同类设计提供参考。
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  不平衡电压下基于 RBF 网络并网变流器的控制

  谢宙桦, 赵晨聪, 黄万启

  控制工程. 2020, 27(9): 1573-1581. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20200109

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  在不平衡电网电压下，分析了风电并网变流器直流侧电压存在二倍频波动的原因，针对该母线电压波动及其引发的输出功率波动、并网电流谐波等问题，建立了基于正向dq+坐标系下并网变流器的正负序动态模型，并提出了一种无锁相环综合控制策略。系统外环引入了谐振积分器和谐振滤波器对直流系统二倍频波动进行抑制，降低了电网不平衡运行对并网电流的影响，内环基于准比例谐振控制器(Quasi-PR)对正负序电流进行综合控制，无需分解正负序分量。为了提高系统抗干扰能力，采用径向基函数(RBF)神经网络在线调整 PI 控制器参数。Matlab 仿真和对比分析表明：该综合控制策略不仅能抑制直流侧电压及输出功率的二倍频波动，并且降低了并网电流的低次谐波含量，验证了所提方案的可行性及有效性。
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  分布式实时数据采集与传输系统的研究

  张志强, 徐泉, 刘文庆, 秦泗钊

  控制工程. 2020, 27(9): 1582-1588. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180479

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  随着工业企业的发展，生产规模扩大以及数据采集量的大大增加，企业在数据采集实时性及成本控制方面提出了更高的要求。针对工业现场现有的数据采集系统中使用的实时数据库价格昂贵且对工业大数据实时性分析支持差等问题，设计开发了一种大规模分布式数据采集与传输系统。该系统利用分布式消息中间件代替现有采集系统中的实时数据库，实现对工业过程大规模数据的高效、高可靠采集和传输，解决了高昂的成本问题，同时通过系统监控模块实现了对整个数据采集、传输和分发过程的监控，保证整个系统采集与传输的智能化，此外通过分布式消息中间件为后续的工业数据实时处理提供了技术保障，解决了目前工业采集系统难以对工业大数据实时分析的问题。
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  一种适于 SVM 入侵检测的余弦时变粒子群方法

  杨红浩, 周治平

  控制工程. 2020, 27(9): 1589-1594. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180143

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  针对时变粒子群算法对支持向量机惩罚参数和核函数参数寻优能力不足导致检测效率相对较低的问题，提出一种余弦时变粒子群优化支持向量机的方法。该方法通过运用余弦时变加速系数平衡算法在全局和局部的搜索能力，根据粒子适应度值与自定义的平均适应度值之间的距离，修改惯性权重的取值策略。结合 2 种方法来优化粒子群算法，控制粒子全局搜索和快速收敛到全局最优解；分别从 NSL-KDD 数据集和 ADFA-LD 数据集选取样本进行测试，仿真实验结果表明，改进后的粒子群算法能够在搜索过程中有效地避免陷入局部最优的情况，可以更加快速地搜寻确定支持向量机模型参数的最优值，提高支持向量机的分类准确率。
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  DAG 多级相关节点聚类的多目标工作流调度

  向志华

  控制工程. 2020, 27(9): 1595-1602. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20200040

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  针对科学工作流的为多目标调度问题，将成本、时间和数据传输量作为基本优化目标，提出基于有向无环图(Directed Acyclic Graph, DAG)模型的多级相关节点聚类(Multi-level correlated Nodes Clustering, MNC)方法。首先，针对在连续级别上直接连接的Peer-to-Peer 群集组对等任务，将多个依赖节点打包到不同层次的 DAG 工作流中，并将具有父节点和子节点关系的两个节点分成同组。然后，针对 MNC 科学工作流调度模型，采用遗传算法进行模型的染色体数据表示、调度译码算法以及极值解的求解方法设计等，建立了科学工作流调度的多目标优化模型；最后，通过在随机生成工作流数据上模拟实验显示，所提算法在网络运行成本、计算时间和数据传输量等指标上的性能优势，验证了算法有效性。
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  良性蠕虫在工控耦合网络中的应用研究

  李妍, 张宏宇

  控制工程. 2020, 27(9): 1603-1607. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190721

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  随着恶意软件已经是互联网所面对的最为严重的威胁之一。同时，随着工业控制系统的发展，工控网络与互联网的界限正在逐渐被打破。因此，工控网络也面临着日益严重的安全问题。在面对工控系统的各种跨网络攻击时，以往在互联网中的对抗策略效果往往并不明显。而良性蠕虫则为我们提供了一种新的恶意软件对抗策略。基于良性蠕虫的功能，文中在工控耦合网络（工控网络—互联网）中建立恶意软件传播模型。复杂网络的结构特点会影响恶意软件的传播。因此在传染病动力学基础上，文中分析了传播模型的稳定性。此外，数值实验的结果验证了模型的可靠性。仿真模拟的结果与数值实验结果高度拟合，这也证明了文中理论分析的正确性。
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  供应链企业分数阶竞合模型与演化研究

  胡行华, 高雷阜, 徒君

  控制工程. 2020, 27(9): 1608-1613.

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  供应链企业在供应链中呈现出竞争与合作并存的状态。从生态系统竞合演化的角度建立供应链横向对称企业分数阶竞合模型，通过理论分析竞合模型各平衡点渐进稳定条件，确定有利于横向对称企业稳定发展的竞合系数范围。针对竞合系数的变化对供应链横向对称企业规模发展的影响进行演化仿真，对演化过程中的混沌状态，给出政府调控建议。为有效管理和平衡企业竞合关系，确保企业自身优势的同时实现供应链横向对称企业的共赢提供理论依据。
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  基于代理模型的常压塔过程多目标优化

  刘磊, 史旭华

  控制工程. 2020, 27(9): 1614-1620. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180307

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  针对常压塔过程进化优化时存在的耗时计算问题，提出采用 RBF、Kriging 代理模型研究常压塔操作过程的多目标进化优化。在优化迭代中分别采用了“最优点”及“期望值提高”(ExI)两种插值方法，并采用了模糊规则对代理模型进行了调用。优化结果表明：采用代理模型可以减少进化中对机理模型的调用次数，从而提高优化效率；对常压塔来说，与 RBF 的“最优点”插值方案相比，采用 Kriging 的 ExI 点插值建立的代理模型精度更高，优化效果也更理想；调节常压塔的原油混炼比及其它操作条件可以在相同的 CO₂排放下提高经济效益。
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  滚子轴承跑合异音信号检测系统研究

  朱里红

  控制工程. 2020, 27(9): 1621-1625. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180317

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  采用基于声音检测技术的噪声传感器系统对高速列车滚子轴承跑合异音进行检测，借助 LabVIEW 可视化图形编程环境所研发的异音检测虚拟系统，对异音信号进行实时检测，并进行频域分析。通过对正常轴承、不注油缺陷轴承、内圈磨损轴承、滚子及内圈均磨损轴承进行故障检测对比，分析可知故障轴承的声压值均高于正常轴承。该试验结果表明了本文所研究的轴承跑合异音检测系统可以实现对轴承跑合的故障情况进行初步分析，从而判定声压增加与轴承内部的磨损缺陷程度具有密切关系。
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  自适应区间模型的非线性系统参数故障检测

  刘小雍

  控制工程. 2020, 27(9): 1626-1635. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190525

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  针对传统的非线性动态系统参数故障检测方法存在检测阈值事先设定不具自适应性、模型结构复杂致泛化性能差等问题，采用基于最优区间模型进行非线性系统参数不确定性的自适应故障检测。将逼近误差的无穷范数思想、结构风险最小化理论以及线性规划相结合，从而保证用于故障检测的区间模型的最优性。当非线性系统参数不确定性所引起的实际输出越过无故障时的最优区间模型时，则检测到系统发生故障。最后，通过对来自线性、非线性动态控制系统参数不确定性的实验分析，论证了区间模型应用于故障检测上的最优性和有效性。
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  基于 CUDA 的场面全景图像柱面投影并行算法

  陈朝勇, 王凯, 吴敏, 姚辉, 张翔

  控制工程. 2020, 27(9): 1636-1641. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180417

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  在机场宽场景下全景视频图像拼接中，柱面全景图生成和显示相对比较简单，因而被广泛采用，但存在视频分辨率及焦距的增加处理耗时不断增长的问题。研究并设计标准运算平台（Compute Unified Device Architecture, CUDA）中视觉处理器（Graphics Processing Unit, GPU）的并行计算原理，提出一种基于 CUDA 的场面全景图像柱面投影并行算法，将数据格式对齐、设备数组与二维纹理绑定以及柱面投影坐标计算等功能模块利用并行策略转移至 GPU 中进行加速处理。实验结果表明，优化后的算法能明显提升处理效率，并根据视频分辨率和焦距的提高，最大加速比提升约 9 倍。
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  基于 K-means 最佳聚类的间歇过程故障诊断方法

  邵盟雅, 吕锋, 宋学君, 郭振兴

  控制工程. 2020, 27(9): 1642-1648. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180629

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  在多时段间歇过程中，过程特性区域存在于两个相邻时段间的模糊过渡区域中。若不能准确将过渡时段提取出来，在采用多向主元分析（MPCA）方法进行故障诊断与分析过程中容易产生误判。为此，提出了一种基于 K-means 最佳聚类的间歇过程故障诊断方法。该方法首先在传统软时段划分中加入 K-means 最佳聚类方法，提高了子时段与过渡时段的区分度；然后利用 MPCA 诊断方法进行诊断分析。此方法提高了过渡时段的区分度，进而提升了故障诊断的精度。通过机床设备加工数据的仿真实验，证明了方法的有效性。
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  基于物联网与人工神经网络的温室监控方案

  杨俊成, 李淑霞, 李亮

  控制工程. 2020, 27(9): 1649-1656. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180459

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  为提高观叶植物温室的自动化水平，根据物联网采集的温室微气候数据与植物图像，设计了基于人工神经网络预测的温室监控方案。首先，设计了基于物联网的温室微气候检测系统与植物图像采集系统，设计了图像处理算法来提取植物的叶区域；然后，采用两因素方差方法分析微气候因素与观叶植物叶区域生长速度的关系，由此确定神经网络的输入量与输出量；最终，使用采集的历史微气候数据对神经网络进行训练，获得神经网络的最优模型参数，建立微气候因素的预测模型。实验结果表明，该系统能够准确地预测出温室微气候的变化状态，使温室微气候满足兰花的最优生长条件。