控制工程

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李泽华, 柴铮, 赵春晖

控制工程. 2021, 28(10): 1909-1916.

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电梯正成为生产生活中不可缺少的组成部分，而由电梯引发的各类安全问题也正严重威胁着人们的生命财产安全。传统的电梯运行性能评价缺乏对电梯运行数据的充分利用与解析，难以对电梯健康度给出实时且有效的评价。针对这一问题，提出了一种基于轿厢加速度解析的电梯运行健康度评价方法。该方法深入分析了反映电梯运行质量的主要信号，即轿厢加速度数据，通过降噪和去趋势化处理，提取出有效的电梯振动信号，然后对振动信号进行时间窗划分，分别计算多个评价指标，最后代入评价函数得到综合得分，对电梯运行健康度给出实时、准确的评估，从而为后续电梯维保提供依据。

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基于累计 T²贡献值的乙烯裂解炉故障诊断分析

韩先尧, 王宁, 申青蓉, 李慧, 李颖, 孙巍

控制工程. 2021, 28(10): 1917-1922.

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乙烯裂解炉是乙烯装置中最关键的核心设备单元，对保障其运行的安全性及稳定性尤为重要。因此，对其进行过程监测及故障诊断具有非常重要的意义。主元分析法(PCA)在过程监测与故障诊断中被广泛应用，T² 贡献图是其故障诊断的主要依据，但由于控制系统对过程偏离的迅速响应，基于贡献图的故障诊断分析结果也会相应改变，致使真实的故障原因被掩盖。针对乙烯裂解炉运行系统，基于 T² 贡献值曲线，对监测超限样本中各个变量的 T²贡献值进行累计计算分析，实现了对引起乙烯裂解炉故障原因的正确识别，该方法得到某石油化工厂实际工业生产的 DCS 数据和对应生产记录的验证。

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基于增量状态空间模型的双层预测控制

吕沛龙, 丁宝苍, 王丽, 王勇

控制工程. 2021, 28(10): 1923-1930.

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为了提高对干扰系统建模的准确性，将被控输出作为状态建立增广的状态方程，提出基于增量状态空间模型和人工干扰模型的双层模型预测控制方案。该方案给出了增广模型的可检测性条件。利用稳态 Kalman 滤波得到增广的状态估计，在 Kalman 预报中对当前输出值和估计值的偏差进行补偿，获得准确的开环预测值。引入稳态目标计算获得最优的目标值以保证无静差控制。采用增量状态空间模型避免了工作平衡点的影响。仿真算例证实该方案能保证系统在有干扰出现的情况下可靠地跟踪稳态目标值，验证了该方案的有效性。

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基于模型辨识与 BP 神经网络的光伏 MPPT 方法

胡桂廷, 张正江, 杨光辉, 闫正兵, 朱志亮

控制工程. 2021, 28(10): 1931-1938.

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光伏阵列是光伏发电系统的重要组成部分，研究其准确模型并对最大功率点进行跟踪与预测，对光伏发电效率的提高具有重大意义。针对光伏阵列中二极管品质因数以及串联电阻阻值等参数难以直接准确测量的问题，采用光伏阵列在多种工作状况下的实际测量信息对其数学模型进行参数辨识，使辨识后的模型与实际对象相一致。为了对最大功率点进行实时地预测，构造了一种 BP 神经网络模型。采用辨识后的准确模型产生测试数据，提取光照强度、光伏电池板温度以及最大功率点对应的输出电压等信息，用于 BP 神经网络的训练。最后将训练好的 BP 神经网络模型用于光伏发电系统的最大功率点跟踪(MPPT)。结果表明，该方法极大地提高了 MPPT 的实时性和高效性。

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火电机组的工况自适应协调控制策略

张国斌, 刘永江, 杜鸣, 郭瑞君, 张谦, 辛晓钢

控制工程. 2021, 28(10): 1939-1945.

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随着火电灵活性改造的进行，火电机组需要在大范围变工况下运行，运行过程中需要兼顾机组低负荷稳定性。因此提出了一种工况自适应协调控制策略，该策略以柔性控制为基础，设计了协调控制系统工况自适应控制结构，并提出了控制系统参数确定方法。在仿真实验中，首先分析比较了某一工况下不同柔性因子作用后的控制效果，然后利用蒙特卡洛模拟，分析了参数不确定性对该控制系统稳定性的影响，在大范围变工况下对该策略的控制效果进行了仿真验证。仿真结果显示该策略设计方法可以实现机组在大范围变工况下稳定性与调峰快速性的综合协调，同时结构改造简单，控制器参数易获得，便于现场实施，为低负荷下的协调系统控制策略设计提供了一种思路。

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船舶航速/航向协调自适应滑模容错控制

刘胜, 郭晓杰, 张兰勇, 谭银朝

控制工程. 2021, 28(10): 1946-1954.

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针对舵桨联合操纵的船舶航速/航向协调容错控制问题，结合舵桨功能有效性，提出了一种非线性广义扰动观测器，无需扰动先验信息在线补偿系统的扰动状态。基于广义扰动补偿和自适应估计提出了一种自适应滑模容错控制算法，通过实时估计广义扰动导数的范数上界消除扰动重构误差，同时设计了具有故障惩罚作用的伪逆优化分配策略，引入执行器有效性矩阵来修正故障执行器的优先作用等级，实现了冗余舵桨系统故障运行模式下的航速/航向跟踪、广义扰动补偿和执行器能耗最优化。仿真实验结果验证了所提的广义扰动观测器和自适应滑模容错控制系统的有效性。

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具有角速率饱和约束的无人机机动控制设计

李继广, 董彦非, 屈高敏, 严天建, 常柯

控制工程. 2021, 28(10): 1955-1959.

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针对无人机机动飞行所具有的非线性、强耦合、舵面操纵效率低等问题，采用了Backstepping 控制方法对无人机机动飞行控制律进行了设计。同时，为了解决舵面操纵效率低带来的舵面角速率饱和的问题，设计了舵机层控制律，减弱了舵机角速率饱和带来的影响。分析了该控制律克服舵机角速率影响的机理，并采用李雅普诺夫稳定性定理分析了该控制器的稳定性。仿真结果表明，所设计的控制方法使无人机可以获得和矢量控制相似的机动效果，有效地解决了机动飞行过程中舵面角速率饱和带来的影响。

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基于四叉树栅格环境的变步长双向 A*算法

张阳伟, 乔越, 李成凤

控制工程. 2021, 28(10): 1960-1966.

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针对应用 A*算法对静态环境中自动引导车辆(AGV)进行路径搜索时，存在随着环境建模栅格增多、消耗内存大、运行时间过长及规划路径存在曲率半径过小的问题，提出一种基于三阶贝塞尔曲线轨迹优化的四叉树栅格环境建模的变步长双向 A*算法。对AGV 运动的待搜索空间进行线性四叉树栅格建模，改进的 A*算法对已建模的栅格环境进行路径搜索，从栅格图中以变步长的方式提取下一次 A*算法的路径判断节点，减少A*算法搜索节点数，对规划的路径使用贝塞尔曲线进行约束，以解决搜索素路径中存在的折线多、路径转角大的问题。实验结果表明，线性栅格建模法结合改进 A*算法的路径规划中，内存开销及算法的搜索时间均减小，规划路径满足贝塞尔曲率约束，优化后的

路径更加平滑，更适合 AGV 运行。

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融合惯性信息的单目直接法定位与稠密地图构建

于建均, 王洋, 左国玉, 阮晓钢, 李晨

控制工程. 2021, 28(10): 1967-1976.

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针对单目直接法依靠图像梯度进行优化容易陷入局部最优、且难以构建低纹理区域地图的问题，构建高精度 IMU 预积分模型，将惯性信息融合到图像跟踪过程中，为视觉跟踪提供精确的帧间运动约束及良好的初始化梯度方向信息，构建视觉惯性跟踪模型，提高了单目视觉的定位精度并实现半稠密地图构建；通过超像素图像分割提取出二维图像不同的轮廓位置，提出双重投影匹配算法确定出可靠的超像素与对应的 3D 空间点，通过RANSAC 对低梯度图像区域进行平面拟合以及异常点剔除，完成低纹理区域的地图扩建，实现稠密点云地图的构建。实验结果表明，与传统视觉定位模型相比，直接法与惯性信息融合提高了系统的定位精度，在无 GPU 加速的情况下能构建精确的稠密三维点云地图。

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基于特征动作序列的动态手势识别方法

吴佳, 刘道星, 唐文妍, 刘宁, 李坤

控制工程. 2021, 28(10): 1977-1982.

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针对数据噪声与手势书写不规范性易导致手势识别错误的问题，提出了基于特征动作序列的动态手势识别方法。首先，通过预处理将原始数据转换为两种变换特征作为特征动作识别的依据。其次，对变换特征使用多中心模糊 C 均值聚类(MCFCM)算法，自适应、无监督地提取特征动作，并将特征动作及对应聚类中心与手势特征动作序列的编码信息保存到知识库。最后，采用改进编辑距离(proED)计算待测特征动作序列与知识库中手势编码信息的相似度，通过相似度匹配实现手势在线识别。将所提方法应用于数字手势识别，识别精度达到 98%，实验结果验证了所提方法的有效性。

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基于逻辑回归和增强学习的煤与瓦斯突出预测

阎馨, 吴书文, 屠乃威, 朱永浩, 付华

控制工程. 2021, 28(10): 1983-1988.

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为了实现对煤与瓦斯突出的快速、准确和动态预测，考虑煤与瓦斯突出的多种影响因素，提出了基于 AdaBoost 增强学习和逻辑回归(LR)的煤与瓦斯突出预测方法。在AdaBoost 的框架下，进行 LR 多次学习，完成煤与瓦斯突出预测模型构建；加入学习率和正则化参数进行控制，弱化学习效果，防止过拟合；基于反馈的实际结果，完成煤与瓦斯突出预测模型的修正。根据实例验证结果，构建的煤与瓦斯突出预测模型建模过程稳定、准确性高、建模消耗时间短、满足实时要求，证明了提出的煤与瓦斯突出预测模型构建算法是有效的。

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基于 CNN-GS-SVM 的用户异常用电行为检测

徐瑶, 李栓, 韩英华

控制工程. 2021, 28(10): 1989-1997.

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电力用户异常用电行为造成的非技术性损失严重影响电网企业收益和供电质量。为辅助电力公司提高用电稽查效率，管理用户规范化用电，提出了一种基于 CNN-GS-SVM的用户异常用电行为检测模型。其采用卷积神经网络挖掘用户时间序列中的用电规律，并通过反向传播来实现网络参数的更新，利用支持向量机检测异常用电行为。为解决传统支持向量机因人工经验设置参数产生的局部最优问题，该模型通过网格搜索算法对支持向量机的惩罚参数及径向基核函数参数进行全局寻优。最后采用居民真实用电量数据进行仿真实验，结果表明所提出的检测模型具有较高的准确率。

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强化学习在机器博弈上的应用综述

杜康豪, 宋睿卓, 魏庆来

控制工程. 2021, 28(10): 1998-2004.

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人工智能是未来科技发展的必然趋势，将会对世界产生巨大的影响，而机器博弈更是人工智能研究的热点内容。目前，解决机器博弈问题最先进的算法都来源于强化学习。强化学习是机器学习最重要的方法之一，主要用来解决决策问题。它具有接近人类思维的学习机制，通过试错的方式同环境发生交互，累积最大奖赏并得到最优策略。博弈具有多种多样的形式，内容也十分广泛，根据不同的标准会产生不同的分类，可以将其分为完全信息博弈和非完全信息博弈，但它们都可以通过强化学习进行解决。

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基于数据降维和深度学习的化工故障识别

刘子健, 贾旭清, 张士发, 田文德

控制工程. 2021, 28(10): 2005-2011.

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数据降维是化工过程故障识别的重要组成部分，主要分为特征提取和特征选择两种方法。为了探索不同数据降维方法对化工过程故障识别的影响，提出了基于数据降维和深度学习的故障识别方法。首先，生成拓扑映射(GTM)得到了原始过程数据的低维空间表示，通过 Spearman 秩相关系数(SRCC)得到了变量之间的相关性，获得了关键变量。然后，长短期记忆网络(LSTM)学习关键变量集的深层次特征并识别化工过程的故障。田纳西-伊斯曼(TE)过程的应用表明，GTM-LSTM 更适用于跃变型故障的识别，SRCC-LSTM 对所有类型的故障识别效果都较好，其更适用于化工过程数据降维。

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冗余机械臂灵活性最优化的实时控制系统

马文静, 张松, 张彤晓 , 朱海荣, 张慧

控制工程. 2021, 28(10): 2012-2020.

摘要 ( )

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冗余机械臂实时完成路径追踪及避障任务时，为了应对动态的路径和障碍物分布环境，姿势需实时保持着最佳的灵活性，其评估标准为灵活性椭圆。超前预览控制利用一个或多个仅体现在计算机程序代码中的假想机械臂，时刻领先实际机械臂固定的时间身位，相当于假想机械臂提前探索到未来的环境信息，并利用单步遗传算法实时地计算出机械臂姿势最优解，身后的实际机械臂在假想机械臂的引导下，逐步向其最佳姿势过渡，超前预览控制方案增强了安全程度。最后，二维平面内的四关节机械臂和三维空间内的七关节机械臂的仿真及实验结果验证了所提出算法的正确性和控制系统的有效性。

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基于自适应约束调整的 BRB 参数优化

易照云, 胡蓉, 钱斌, 张梓琪, 金怀平

控制工程. 2021, 28(10): 2021-2027.

摘要 ( )

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置信规则库(BRB)专家系统参数的精确度对 BRB 系统的建模性能至关重要。约束调整策略是为了使其规则权重、前提属性权重和置信度等参数在 0 到 1 之间合理变化，以提高参数精确度。目前，在提高 BRB 专家系统建模性能的研究上，利用参数优化的方法较多，但对约束调整策略的研究相对较少。为此，提出一种自适应的约束调整策略(ACAS)，以提高 BRB 专家系统的建模性能。此外，为进一步提高 BRB 专家系统的性能，提出一种基于自适应步长更新策略(ASSUS)的人群搜索算法(SOA)优化 BRB 参数。通过打孔水松纸透气度检测实验，验证了所提自适应约束调整策略和步长更新策略的有效性。

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基于改进粒子群优化算法的 VSG 控制策略

程江鹏, 肖健梅, 王锡淮

控制工程. 2021, 28(10): 2028-2037.

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随着能源问题的日益严重以及新能源的广泛使用，如何保证新能源发电系统具备良好的并网稳定性成为了新的研究热点。虚拟同步发电机(VSG)技术在并网逆变器的基础上引入同步发电机(SG)的运行特性，使之具备相同的转子惯性和阻尼。但 VSG 系统参数设计较为复杂，传统粒子群优化(PSO)算法往往无法达到最佳优化效果。针对该问题，建立了 VSG 系统的数学模型，并在 PSO 算法的基础上，提出了一种淘汰粒子群优化(EPSO)算法。通过对比在电网电压、频率波动环境下的仿真结果，证明了 EPSO 算法更适用于VSG 并网稳定。

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基于伪 ID 的改进的双向认证协议

陈惠红, 陈志刚

控制工程. 2021, 28(10): 2038-2044.

摘要 ( )

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针对基于伪 ID 的射频识别技术(RFID)认证协议存在安全漏洞问题，提出一种改进的基于伪 ID 的射频识别认证协议。为能够抵抗攻击者发起的穷举攻击，改进协议将所有传送的信息加密之后采用密文传送的方式，在信息加密的过程中，攻击者未知的变量至少达到两个以上，因此保证了协议中隐私的安全性。改进协议将哈希函数应用在信息加密上，由于哈希函数的显著特征是具备单向性，就会使协议的后向安全性得到明显提高。最后对协议进行了安全性和性能性分析，足以表明协议不仅具有较低的计算量，同时也满足了协议所需的安全性需求。

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基于 AC 学习的非奇异快速终端滑模控制

周迎春, 刘伟, 黄辉先, 胡志军

控制工程. 2021, 28(10): 2045-2051.

摘要 ( )

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针对一类 SISO 不确定非线性系统，提出一种基于执行器-评价器学习的非奇异快速终端滑模(ACNFTSM)控制方法。在保证控制器非奇异的情况下，设计一种非奇异快速终端滑模控制器，并通过理论分析证明了滑模面到达平衡点的时间小于传统非奇异终端滑模(NTSM)控制的到达时间。为了消除系统扰动量对控制性能的影响，采用执行器-评价器学习算法对控制器参数进行实时优化，增强系统鲁棒性。模拟仿真和实物实验的结果验证了该方法的有效性。

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基于深度学习的 SESN 供电网络电能质量评估

贾学翠, 李相俊, 闫士杰, 王上行, 徐少华

控制工程. 2021, 28(10): 2052-2059.

摘要 ( )

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为保证超大规模储能供电网络安全可靠地运行，提出一种基于深度学习的电能质量评估方法。首先，依据电能质量国家标准，提出电能质量评估指标 5 等级划分法，建立基于深度置信网络(DBN)的电能质量评估模型。然后，考虑储能供电网络的构成、运行特征和储能可用容量，将储能系统荷电状态(SOC)预估结果作为其电能质量评估的另一指标，构建基于 DBN 的超大规模电池储能供电网络系统电能质量评估仿真模型。最后，按照电能质量指标等级分类对模拟数据做标准化处理，构造基于 DBN 的电能质量评估训练数据集。通过将结果与其他评估方法进行比较，验证了该方法的优越性。

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孤岛微网不对称故障光伏 LVRT 优化控制研究

丁保迪, 季宇, 王永刚, 苏剑, 李荣, 陈继开

控制工程. 2021, 28(10): 2060-2069.

摘要 ( )

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针对孤岛微网不对称故障对逆变器的负面影响，以两级式光伏并网逆变器为研究对象，基于传统双二阶广义积分器锁相环(DSOGI-PLL)，以提高锁相精度为目的，采用谐波消除模块(HCM)与改进锁频环(SOGI-FLL)融合技术，提出一种 DSOGI-PLL 优化设计方法。在此基础上，构建一种改进两级式光伏低压穿越(LVRT)优化控制方法。从稳定并网逆变器直流电压和平抑输出功率波动两方面入手，进一步提升微网故障发生时逆变器的故障穿越能力。最后，利用 RT-LAB 实时仿真平台，构建含光伏并网的孤岛微网模型，通过模拟微网线路不对称故障，验证了所提光伏逆变器改进锁相环以及 LVRT 优化控制方法的有效性。

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拒绝服务攻击下网络化控制系统的安全研究

祝超群, 张永川

控制工程. 2021, 28(10): 2070-2077.

摘要 ( )

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随着通信技术的飞速发展，网络化控制系统在越来越多的领域得以广泛的应用，由此产生的安全问题也变得更加突出。系统地回顾了网络化控制系统安全研究的最新进展，主要讨论了拒绝服务攻击对控制系统的影响，针对不同攻击类型的拒绝服务攻击，对其研究方法、思路等进行了综述。首先，从实现安全控制，优化控制性能方面进行综述；其次，又从攻击者角度对综述内容进行补充，包括攻击模型和传感器节点攻击等两个方面。最后，对网络化控制系统的安全研究进行了展望。该研究为网络控制系统的安全研究提供了依据。

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基于观测器的分段仿射系统的事件触发控制

蒋永豪, 吴炜, 楼旭阳, 张今旗

控制工程. 2021, 28(10): 2078-2087.

摘要 ( )

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针对带有参数不确定的离散时间分段仿射系统，研究了基于事件触发机制的鲁棒控制器设计问题。考虑了系统存在参数不确定和状态不完全可测的实际情况，同时为了节省通信资源，提出一种新的事件触发方案并设计基于观测器的事件触发控制器。基于分段Lyapunov 函数和椭球体形式的作用域描述，将观测器、控制器和事件触发策略的协同设计问题转化为以线性矩阵不等式描述的稳定性条件，既能够保证闭环系统的稳定性，又可以减少信号的传输量。最后通过数值实例验证所提方法的有效性。

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非连续变步长算法在噪声控制系统的应用

赵振, 李浩

控制工程. 2021, 28(10): 2088-2094.

摘要 ( )

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有源噪声控制系统的次级路径辨识精度对降噪结果有非常重要的影响，标准归一化最小均方(NLMS)算法因具有快速收敛性、稳定性，常用于次级路径辨识，然而在存在外界干扰噪声的情况下算法的稳态误差会受到影响。从几何角度分析了 NLMS 算法在收敛速度上的优越性及噪声存在情况下稳态误差变大的机理，并据此提出了一种非连续变步长的NLMS 算法，与标准 NLMS 算法相比具有更小的稳态误差和相近的收敛速度，与其他变步长算法相比具有更快的收敛速度和更小的稳态误差。仿真结果和实验结果表明了该算法的有效性。

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基于泛在电力物联网的充电实时定价策略

刘海峰, 刘黎明

控制工程. 2021, 28(10): 2095-2100.

摘要 ( )

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现有的电动汽车充电实时定价策略大多使用预测方法或概率模型对充电需求进行建模，缺乏对电动汽车实时充电需求的定量分析，因此具有较大的性能提升空间。提出了一种基于泛在电力物联网的电动汽车充电实时定价策略，实时采集电动汽车的行驶状态信息及配电网的运行信息，使用 CFSFDP 算法对电动汽车的充电需求进行聚类，依据聚类中心与充电站的距离确定群簇与充电站的归属关系，计算各个充电站的实时充电需求及其对配电网运行状态的影响，动态调整充电站的充电电价，保证配电网的安全稳定运行。算例仿真验证了所提算法的可行性与有效性。

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2021年, 第28卷, 第10期　
刊出日期：2021-10-20

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