控制工程

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丛爽, 汪海伦, 邹紫盛, 陈鼎

控制工程. 2021, 28(2): 193-199.

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首先推导出经过地面站正上方的卫星运行轨道，以及从地面获取的卫星运行轨迹的空间信号函数；然后对整个捕获和粗跟踪过程的控制系统进行离散型模型的建立；采用分行式螺旋扫描捕获策略进行信号捕获，对电流-速度-位置三闭环粗跟踪控制系统进行控制器设计，并在Simulink环境下，对卫星经过地面站可见区域的4个不同阶段，分别进行信号捕获及其粗跟踪两轴信号的系统仿真实验，并对不同情况下的捕获与粗跟踪控制性能进行了对比分析。本文所做研究为后续的精跟踪过程和超前瞄准提供了保障。

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基于 PSO-SVM 算法的机床能效评价方法

马立新, 宋晨灿, 豆晨飞, 杨天笑

控制工程. 2021, 28(2): 200-206.

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机床的能效评级是智能制造及节能计量的重要环节。传统的糊评价法难以精准确定隶属度函数，得到的权重难以满足客观需要。基于电机负载特性、能效加工、电能质量3个方面构建了机床系统能效评价指标体系，不仅与国标评测结果吻合且易于实现，具有一定实用性。针对构建的指标体系采用了PSO-SVM模型，该评测分级方法快速准确而且较目前的评测方法减少了人为因素的影响，避免了主观性。应用实例表明，建立在该指标体系的评测分级方法可以有效反映机床的实时能效，根据评测结果制定相应的节能改造方案，可以提升企业效益，响应国家智能制造的号召。

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六足机器人应用一种昆虫导航算法的仿真

乔雪纯, 刘虔钧, 董云龙, 袁烨

控制工程. 2021, 28(2): 207-213.

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为探索基于视觉的昆虫导航方法，利用仿真软件 CoppeliaSim 搭建了一个拥有全景视觉系统的名为 T-Hex 的六足机器人。T-Hex 每条腿有四个关节，六条腿对称分布在身体两侧。T-Hex 的运动控制和步态规划由中央模式发生器和逆运动学计算实现，它可以根据环境反馈自主调整 3 种不同步态。应用的导航算法是一种计算了当前视图和每个存储视图之间像素值平方差的最小和的图像比较方法，被称作完美记忆。这种导航方式模仿蚂蚁导航的特点，即尽管不知道当前位置，其也知道接下来的运动方向和距离。在仿真实验中，建立了三维的模拟蚂蚁真实生活的栖息地环境并规定路线起始点和终点，并训练机器人行走并记住路线。最后，应用提出的导航算法 T-Hex 可以复现这条路线，证明该算法有效。

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氧化铝蒸发过程在线动态仿真与基于 LSTM 的误差校正

赵楷文, 卢绍文, 赵亮, 于力一, 贾瑶

控制工程. 2021, 28(2): 214-221.

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蒸发过程是拜耳法氧化铝生产工艺中重要的一环，其关键指标是碱液浓度。碱液浓度反映了蒸发过程中蒸水量的多少，并间接地反映了氧化铝的生产质量。但碱液浓度无法在线测量。在实际的工业现场中，对碱液浓度的测量一般通过化验室地化验而实现。但化验室地化验需要大量的时间，无法将碱液浓度及时地反馈至控制系统，这样会极大地影响氧化铝的生产质量。为解决上述问题，采用基于冶金过程的模拟软件包 METSIM 设计了氧化铝蒸发过程的模型，并采用基于小波滤波和长短期记忆网络的方法对模型的输出误差进行补偿。利用实际工业现场的数据进行了验证，较为准确地预报了蒸发过程碱液的浓度，表明该模型可以作为运行优化算法和控制算法的实验工具。

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基于状态约束的 PMSM 随机系统模糊自适应控制

蒋祺, 崔英英, 于金鹏, 于海生

控制工程. 2021, 28(2): 222-228.

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针对永磁同步电机在实际运行过程中会产生随机扰动，以及电机状态量在传统的反步法中不能被约束的问题，提出了一种考虑状态约束和随机扰动的模糊自适应反步方法对永磁同步电机随机系统进行位置跟踪控制。引入障碍李雅普诺夫函数约束电机系统的状态量；采用模糊逻辑控制方法处理电机模型中的随机非线性函数。仿真结果表明，提出的控制方法可以克服随机扰动的影响，快速跟踪目标信号，并且能够确保电机系统的状态量在给定的约束空间内。

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一类不确定网络切换模糊系统的非脆弱控制

梅玉鹏, 刘毅, 李国燕, 潘玉恒, 梅树立

控制工程. 2021, 28(2): 229-236.

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针对一类参数不确定的网络切换模糊系统，在控制器增益存在摄动以及状态不可测的情况下，研究系统的非脆弱控制问题。采用平均驻留时间法、Lyapunov 函数法以及线性矩阵不等式技术等，给出网络切换模糊系统指数稳定的平均驻留时间条件以及系统切换律设计，并给出基于观测器的反馈控制器设计方法和使系统指数稳定的矩阵不等式条件，并将此条件转化为求解线性矩阵不等式(LMIS)问题。最后通过仿真实验验证了该设计方法的有效性。

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紧急工况下的两车辆协同安全预警模型研究

陆玉

控制工程. 2021, 28(2): 237-244.

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为了提高车辆运行过程中的安全性，对车辆协同防撞系统进行研究，提出一种考虑紧急工况的两车辆协同安全预警模型。首先，对车辆运行工况进行分析，并分别制定两车辆协同安全预警模型，实现了对现有安全预警模型的改进和完善，并给出模型参数的预处理方式；其次，基于 Burckhardt 轮胎模型对车辆运行路面峰值附着系数进行识别计算，并通过实验仿真对计算过程进行验证；最后，通过在 CarSim/Simulink 联合仿真以及可编程机器车上的仿真实验，验证了所提算法在车辆安全预警过程中的准确性以及适应性。

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基于混沌时间序列的 IGA-WLSSVR 短期负荷预测模型

刘雨竹, 徐楠

控制工程. 2021, 28(2): 245-250.

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为解决目前电力短期负荷预测存在精度低的问题,针对电力负荷时间序列的混沌特性,采用微熵率法进行相空间重构,提出利用免疫遗传算法(IGA)对加权最小二乘支持向量回归机(WLSSVR)的关键参数进行全局快速寻优，并将已形成相点序列中距当前相点最邻近相点作为训练样本，据此建立基于 IGA-WLS 支持向量回归机耦合算法的电力负荷短期动态预测模型。通过 MATLAB 仿真得出结果，结果表明所提 IGA 优化算法提高了 WLS支持向量回归机的拟合精度和学习效率,可为实际中提高电力负荷短期预测精度提供有效的理论依据。

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长短时记忆网络在除尘内模控制中的应用

朱明山, 刘剑敏, 胡小虎, 余数, 酆强胜, 王华秋

控制工程. 2021, 28(2): 251-257.

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卷接机组风力除尘系统受到多种因素影响会造成负荷波动，而且风压和风量之间存在耦合关系，传统的控制策略一般将控制参数固定或者缺乏预测机制，无法很好地解决生产工艺的变化带来的除尘系统不稳定问题。提出了用 Goldstein 搜索算法对长短时记忆网络(LSTM)的隐层记忆单元个数进行调优，构建了基于长短时记忆网络的卷接机组风力除尘系统内模控制，能够自动调整变频器频率和补风阀开度，实现了对除尘系统的恒压恒流控制。通过仿真实验，采取的内模控制系统具有良好的跟踪性和抗扰动性，解决了除尘系统在受到干扰时能快速稳定的问题。

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污水处理过程多变量优化控制方法研究

卢薇

控制工程. 2021, 28(2): 258-265.

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为了解决污水处理过程的优化控制问题，提高出水水质达标率和降低能耗，提出了一种污水处理多变量优化控制方法。首先，通过分析污水处理过程参数与可控变量溶解氧与硝态氮的关系，建立能耗和出水水质模型；其次，提出一种动态惯性权重的多目标粒子群优化算法，该算法平衡了寻优过程中的局部搜索和全局搜索能力，同时提高了算法的收敛速度,获得最优的溶解氧和硝态氮的优化设定值；然后,基于多变量比例积分微分(PID控制器实现最优设定值的跟踪控制；最后,将所提出的方法应用于基准仿真模型 1(BSM1)。仿真结果表明，该方法可以达到准确优化控制，能够在保证出水水质达标的情况下，降低运行能耗。

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自适应轨迹任务模仿的模仿学习方法研究

于建均, 姚红柯, 左国玉, 阮晓钢

控制工程. 2021, 28(2): 266-274.

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机器人模仿的学习方法在行为运动的模仿上受到示教速度的限制，导致机器人模仿的速度也受到限制，无法更好发挥机器人的性能。为了提高机器人行为模仿的快速性，提出了一种自适应改变机器人模仿学习运动速度的方法。首先通过基于动态系统的方法建模示教运动，并将动态系统稳定的充分条件作为约束，确保行为模仿的稳定性。其次构造了一个随机器人状态到目标点的距离而变化的非线性函数，将非线性函数作为参数与系统模型结合，以便自适应地调整模仿的速度。最后给出了 4 种模仿学习评价的方法来评价模仿的性能。实验结果表明，提出的方法在保证机器人运动模仿的稳定性前提下很好地提高了行为模仿的速度。

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改进差分进化算法在动态经济调度中的应用

肖鹏, 邹德旋, 夏正龙, 沈鑫, 吴兆香

控制工程. 2021, 28(2): 275-283.

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针对动态经济调度(DED)存在的不可微、非凸性、非线性以及不连续性等特点，提出多策略异维变异差分进化(MDMDE)算法。一方面，从变异维数入手，提出了一种异维变异策略；另一方面，在算法的整个迭代周期内采用了多策略变异。此外，还提出了一种修改的交叉率以及动态变异因子来跳出局部最优。最后，将 MDMDE 应用于 6 种动态经济调度案例，并且与其他的两种算法进行了实验对比。实验结果表明，MDMDE 具有更好的性能，是一种求解 DED 问题的有效方法。

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基于融合 Bezier 优化遗传算法的路径规划

刘洋, 马建伟, 臧绍飞, 闵义博

控制工程. 2021, 28(2): 284-292.

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针对传统遗传算法(GA)在路径规划过程中解质量欠佳的问题，提出一种融合Bezier 优化的遗传算法。该方法首先将贝塞尔(Bezier)曲线引入 GA，以优化其初始及交叉变异过程中产生的路径，消除尖峰拐点并减少冗余节点，从而提高路径平滑性；其次，通过在 GA 适应度函数中增加安全距离与自适应惩罚因子，以保障机器人移动过程中的安全性；最后，在栅格地图中进行移动机器人路径规划仿真实验，结果表明，与传统路径规划方法相比，所提算法能够搜索到一条距离更短且更光滑的路径。

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单值中智决策模型优选共享电动汽车品牌

黄鸿锋

控制工程. 2021, 28(2): 293-298.

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单值中智集是描述复杂问题中不确定和非一致信息的有效工具，而熵和交叉熵是单值中智集理论研究中的两个热点问题。针对单值中智信息的多属性决策问题，首先，为了计算单值中智数的不确定性和差异性，设计了两种基于对数函数的信息测度方法，并验证它们分别是单值中智熵和交叉熵，同时简单探讨了两者之间的转换关系；其次，运用单值中智熵权法和基于交叉熵的贴近度方法，构建了新的单值中智决策模型；最后，通过共享电动汽车品牌的选择实例与对比分析实验说明了模型的可靠性。

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未知时变区域内的移动传感器网络控制

闫茂德, 张建国, 左磊

控制工程. 2021, 28(2): 299-305.

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针对时变区域内信息分布状态的估计问题，旨在通过动态控制传感器网络在目标区域内的采样位置，利用不同采样位置上的采样信息，实时动态地估计目标区域内的信息分布状态。具体地，首先设计出一种基于传感器采样变化幅度的动态采样机制，以减少测量信息中的冗余信息。然后将曲面拟合方法与卡尔曼滤波方法相结合，提出一种面向时变区域的动态信息分布估计算法。在此基础上，以信息分布的估计误差为目标函数，利用优化算法，设计移动传感器网络的最优采样位置控制律，进一步优化目标区域内信息分布状态的估计结果，并通过严格的理论分析证明所提估计算法的收敛性。最后，通过仿真实验的方法验证该控制系统与估计算法的有效性与可行性。

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变倾角自适应双轮自平衡机器人控制算法

牛雪娟, 孙宏图

控制工程. 2021, 28(2): 306-312.

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为了提高双轮自平衡机器人的动态稳定性，提出了一种基于传感器数据融合的模糊自适应 PID 控制策略。首先通过建立传感器的数学模型分析其误差来源，并对比了改进后的互补滤波和卡尔曼滤波融合算法在自平衡机器人倾角测量中的实时准确性；其次根据PID 参数的控制效果，针对机器人倾角持续无规律变化设计了具有不同论域范围和变隶属度函数特点的变倾角模糊 PID 控制方法。实验结果表明，改进后的卡尔曼滤波融合算法在自平衡机器人控制中更具优越性；同时，变倾角模糊 PID 控制与传统 PID 控制相比，机器人在平衡和前进控制过程中具有较强的自适应能力和鲁棒性，其调节时间分别缩短 0.8 s和 3 s，超调量分别降低 10%和 16%。

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基于模糊自适应 PID 的多叶光栅双闭环控制

马晓阳, 孙凤池, 王雅梦, 李兴成, 苑晶

控制工程. 2021, 28(2): 313-318.

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多叶光栅的位置控制精度与运行速度对恶性肿瘤放射治疗效果至关重要。通过对多叶光栅的结构和工作方式进行分析，建立了多叶光栅数学模型，并针对传统多叶光栅单闭环 PID 控制的局限性，提出以位移环为外环，速度环为内环的基于模糊自适应 PID 控制的双闭环控制系统。通过在相同条件下进行实验，比较 PID 控制、模糊控制和模糊自适应PID 控制的控制效果。实验结果表明基于模糊自适应 PID 控制的双闭环多叶光栅控制系统能够同时控制速度和位移两个变化量，并具有更好的动态性能和稳态特性。

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基于事件触发的多智能体分布式编队控制

张志晨, 秦正雁, 张朋朋, 刘腾飞

控制工程. 2021, 28(2): 319-326.

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研究具有有向通信拓扑的多智能体分布式编队事件触发控制问题，被控对象采用两轮差速轮式机器人。首先，建立轮式机器人运动学模型，并利用动态反馈线性化方法将模型转化为线性双积分器模型。其次，根据通信拓扑关系设计分布式编队控制器。然后，基于李雅普诺夫稳定性定理，在满足稳定性的前提下设计事件触发器，从而实现分布式编队事件触发控制，并且保证系统不存在 Zeno 行为。最后，通过仿真实验与物理实验验证了控制算法的有效性，智能体间通信量显著降低。

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永磁同步电机单电流调节器弱磁控制策略优化

石讯, 易映萍, 石伟

控制工程. 2021, 28(2): 327-334.

摘要 ( )

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针对电压角度法单电流调节器弱磁控制策略带来的内环稳定性下降问题，采用小信号模型法推导了使用该控制策略时电机的传递函数，证明了控制系统本质上是一个非最小相位系统。针对使用该控制策略时内置式电机参数特性导致的开环极点接近虚轴的问题，提出采用 PD 控制器前馈补偿策略。针对电机弱磁控制过程中极点改变导致传统 PID控制器参数整定不合理的问题，基于内模控制原理，提出采用变参数 PID 控制器的弱磁控制策略。仿真与实验结果表明，所提出的方法可以有效提高使用电压角度法单电流调节器弱磁控制策略时电流内环的稳定性。

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船舶航向自适应复合度 SVM-H^∞/H²控制系统研究

刘胜, 赵宝令, 宋佳

控制工程. 2021, 28(2): 335-344.

摘要 ( )

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针对船舶航向控制系统中存在的海浪干扰不确定性、系统参数摄动性、非线性及耦合性等复杂性问题，提出了航向自适应复合度 SVM-H^∞/H²控制策略。利用支持向量机良好的非线性映射能力、自适应学习能力和信息并行处理能力，设计了基于系统正向模型SVM 辩识器的逆模型前馈补偿控制器，并采用自适应调节权重因子前馈补偿控制策略与状态反馈H^∞/H²鲁棒控制器构成了自适应复合度控制器，使得控制系统航向控制精度高、响应速度快、鲁棒性强、节能效果好。采用固定尺度记忆增量支持向量机使得辨识器和控制器具有信息实时更新、参数实时修正的功能，采用自适应粒子群参数寻优器保证了支持向量机参数的寻优精度和速度。数字仿真试验结果表明,所提出的航向控制系统性能优良具有工程价值。

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基于变参数矩阵 PMSM 无传感器控制

王永祥, 周小杨, 张周焕, 曾幸江, 廖润林

控制工程. 2021, 28(2): 345-353.

摘要 ( )

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针对永磁同步电动机无传感器速度、位置估算问题，提出一种混合参数增益矩阵磁链观测器，建立其 α-β 坐标系电流、磁链混合参数状态方程，将参考模型与观测模型电流误差作为滑模面调整混合参数增益矩阵自适应律来观测耦合磁链，利用锁相环提取ψ_fα 、ψ_fβ 中的位置、速度信息，构建基于磁链观测无速度传感器控制系统，仿真结果表明，该控制算法具有磁链跟踪误差小，响应速度快和鲁棒性强等优点。

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磁悬浮球系统模糊PID参数自调整控制方法

刘丽丽, 左继红

控制工程. 2021, 28(2): 354-359.

摘要 ( )

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因磁悬浮系统具有非线性、迟滞性、不稳定性的特点，传统的控制方法难以达到较好的控制效果。针对这些问题，提出了一种不依赖系统精确数学模型的模糊PID控制算法。首先根据模糊控制理论和人工调整PID参数的实际经验，对PID参数制定了模糊控制规则表，进而通过模糊推理和重心法解模糊过程得到PID参数的隶属度，最终实现了磁悬浮系统实时控制时PID参数的自调整。实验结果表明所提方法控制精度高、自适应能力和鲁棒性强。

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基于机器视觉的风力灭火机性能检测系统

徐军, 张先锋, 杨帆, 滕飞翔, 孙明晓

控制工程. 2021, 28(2): 360-366.

摘要 ( )

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在风力灭火机性能测试中，风速检测仪的毕托管探头中心与风口中心延长线精确重合，是保证风力灭火机性能精确检测的关键因素。而传统的检测方法需手动寻找风口中心，偏差较大，严重影响风力灭火机风速的测试性能。因此，提出了一种基于机器视觉的风力灭火机性能的检测方法。通过摄像头实时检测风力灭火机风口中心，利用霍夫圆检测算法结合最小二乘圆拟合进行风口识别与圆心定位，通过三轴运动控制平台实时调控实现毕托管探头与风口中心的精确重合。实验结果表明，在 0.3~1.5 m 的运动测试过程中毕托管探头的运动轨迹与风口中心的重合误差为 ± 1 mm，提高了风力灭火机性能检测的准确性，为风力灭火机的性能检测提供了新方法。

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基于简化模型预测的网络化控制系统设计

佟世文, 钱殿伟, 于庆林, 赵叶, 程光

控制工程. 2021, 28(2): 367-374.

摘要 ( )

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针对机理不清、难建模的被控过程，提出了一种基于数据的网络化控制方法。仅根据过程的输入输出数据，先采用模糊聚类建模技术，获得系统的 T-S 模型，然后利用神经网络对前件隶属度函数的拟合能力，将其转化成显式表达，从而获得一步预测简化模型。再利用递推和反馈校正，获得一系列预测的过程输出，进而将控制系统设计转化成“由未来的偏差及偏差的变化得到未来的控制作用”问题。通过分析典型被控过程的动态响应曲线设计隶属度函数及控制规则，可获得一系列未来的控制作用。再通过选择合适的控制作用即可补偿网络时延和数据丢包的影响。仿真表明，该控制方法在处理随机时延和数据丢包问题上较 PID 控制有更快的动态响应和更高的精度。

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改进多变量广义最小方差解耦控制方法及应用

刘进进, 周平, 李明杰

控制工程. 2021, 28(2): 375-381.

摘要 ( )

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针对现有多变量广义最小方差解耦控制方法不能直接抑制有界可测干扰的问题，以及另加前馈控制器带来的结构复杂且成本增加的难题，提出一种改进的多变量广义最小方差解耦控制方法。所提方法通过在加权多项式矩阵和丢番图方程中的多项式矩阵同时引入积分项，用于直接抑制工业过程中有界可测干扰对系统的影响，从而消除稳态误差，提高控制精度。数值仿真以及在双容水箱液位控制半实物仿真平台的实验验证表明了所提方法的有效性和实用性。

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一种时滞系统的改进无模型自适应预测控制

王连杰, 朱远明, 钟伟民

控制工程. 2021, 28(2): 382-387.

摘要 ( )

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时滞现象广泛存在于工业过程系统中，常规控制器无法对难以获取精确模型的时滞系统进行有效控制。针对这类系统，结合跟踪-微分器获取微分信息的能力，利用 Smith预估器预测未来时刻输出，提出了一种改进的无模型自适应预测控制(IMFAPC)方法，并对提出算法的收敛性和稳定性进行了分析。该算法不需要被控系统的模型信息，仅需要实时的 I/O 数据，是一种数据驱动控制方法。数值仿真和水泥分解炉出口温度控制的仿真表明，提出方法在时滞系统控制中具有较好的控制性能和更快的响应速度，从而验证了提出方法的有效性。

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混合微电网互联变换器功率分配优化控制研究

王琪, 王斌, 徐万万, 成燕

控制工程. 2021, 28(2): 388-394.

摘要 ( )

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互联变换器进行功率传输时，针对子微网承担的功率应考虑两侧子网容量的问题，将容量权重因子引入功率运行特征式，经过积分运算后得到新型混合下垂控制。在电压-频率取值范围内，推导出容量约束条件，在此基础上提出互联变换器功率分配优化控制策略。结合子微网下垂控制方程，计算互联变换器的能量流动参考值。考虑到系统抗负载频繁投切能力较差，在控制内环加入电压前馈环节。在 MATLAB/Simulink 上搭建模型进行仿真分析，验证了引入容量权重因子可优化微电网间的功率分配，充分利用分布式电源的调节能力，使能量在子微网间合理共享和流动。

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多通道结构疲劳试验系统闭环交叉补偿控制

赵洪伟, 冯建民, 韩涛, 刘思扬, 吝继锋, 李宏亮

控制工程. 2021, 28(2): 395-400.

摘要 ( )

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飞机结构疲劳试验系统是多组件多通道系统。加载过程中，各加载通道之间出现严重耦合现象，该耦合作用对试验速度有较大制约。为了解决这个问题，提出一种交叉补偿控制技术。推导了刚度协调矩阵，通过该矩阵导出交叉补偿矩阵，随后将该矩阵引入闭环反馈控制回路中，设计了一种交叉补偿控制算法，可以根据试验精度的变化对各通道控制器输出信号进行实时交叉补偿，加快试验系统的响应速度。针对四通道的机翼翼盒结构疲劳试验，通过数值仿真和物理试验的交叉验证，表明该方法是合理有效的。

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太阳能无人机编队基于能量状态的连接控制

薛阳, 王舒, 张亚飞, 王琳, 吴海东

控制工程. 2021, 28(2): 401-407.

摘要 ( )

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针对大展弦比无人机难以快速部署以及中小型太阳能无人机的续航能力不足问题，提出太阳能无人机编队最低能耗下的连接控制策略。引入连接顺序权重思想，将节能连接问题分解为一系列优化子问题，分别研究无人机最优连接顺序、最短连接路径和最优飞行速度，利用扩展卡尔曼滤波器对无人机的飞行路径进行预测。对按所求解的最优顺序和随机顺序下的连接能耗进行仿真实验对比，结果表明无人机编队利用所提连接策略进行连接时的能耗最小，也表明连接后所形成的大展弦比太阳能无人机飞行能耗将显著降低。

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基于 HNLOWA 算子的模具制造系统选择研究

唐田秋, 陈纪铭

控制工程. 2021, 28(2): 408-416.

摘要 ( )

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考虑到评价指标权重信息完全未知且专家语言评价和自然现象通常服从正态分布特征的多属性决策问题，引入犹豫正态语言信息元(HNLE)的定义，构建了基于犹豫正态语言有序加权平均(HNLOWA)算子的决策模型。首先，为了全面有效地描述复杂环境下的专家评价信息，定义了 HNLE 及其运算规则；其次，提出 HNLOWA 算子对专家的评价信息进行融合，并进行该算子的优良性质研究；最后，采用离差最大化思想计算未知的属性权重，结合 HNLOWA 算子设计了犹豫正态语言环境下的多属性决策方法。运用该方法计算 4 种模具制造云系统的期望得分值，根据该分值筛选出最佳的模具制造系统，通过模具制造系统选择评估案例，验证了该决策方法的可靠性。

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2021年, 第28卷, 第2期　
刊出日期：2021-02-20

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