控制工程

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邹存名, 李洪兴

控制工程. 2021, 28(3): 417-423.

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随着车辆控制技术的迅速发展，在车队控制系统的实际应用当中，车-车之间的网络通信质量对车队稳定行驶至关重要。针对网络攻击下的非线性自主车队控制 NAPC 问题进行了研究。首先，建立考虑通信网络受到攻击下的 NAPC 系统模型。其次，在该模型的基础上利用多智能体一致性理论设计一种基于事件驱动的 NAPC 方法，保证了自主车队的全局一致有界性。最后，通过仿真验证获得的控制方法不但可实现车队的稳定运行，而且进一步提高车队控制性能。

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一种新型喷氨嘴布置优化设计方法

葛思晨, 袁景淇, 曾豪骏

控制工程. 2021, 28(3): 424-428.

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我国 SCR 脱硝技术仅有 25 年应用历史，在对原有火电机组进行 SCR 脱硝工程改造时，存在因空间受限导致的还原剂混合距离过短，有时没有空间安装用于保证催化剂入口氨浓度分布一致性的混合格栅，导致氨逃逸浓度和脱硝效率难以达到设计指标。针对这些问题，提出了一种适用于空间受限烟气脱硝装置的新型喷氨嘴布置优化设计方法。具体地，采用计算流体力学仿真软件 ANSYS 17.1，对某 150 MW 机组半 π 式脱硝装置的氨浓度分布场进行数值模拟，寻优喷氨嘴位置与喷氨方向，使催化剂入口氨浓度的相对标准差满足预设标准。

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基于 GMM 聚类和 PNN 的道岔故障诊断研究

李婉婉, 李国宁

控制工程. 2021, 28(3): 429-434.

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当前道岔故障诊断系统大多采用 BP 神经网络，但由于 BP 神经网络结构特点，在训练样本大且诊断系统精度要求比较高时，网络常常会呈现出以下不足：不收敛且容易陷入局部最优、常用的数据挖掘方法如小波分析等对数据的利用度不高、从时域或频域角度分析时不够全面和采用数据降维使用的 LLE 方法会丢失部分有用数据等。采用 GMM聚类方法对兰州车站微机监测系统中采集的 600 组功率数据进行分类后，根据结果选取信息量比较全面的数据建立概率神经网路的训练集和测试集，从测试集得出的仿真图和 BP神经网络做比较，结果表明基于 GMM 聚类和概率神经网络的道岔故障诊断方法可以改善存在的不收敛、误差大等问题。

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并联 HEV 工况识别能量管理与优化控制

牛礼民, 周亚洲, 吕建美, 朱华

控制工程. 2021, 28(3): 435-444.

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考虑到行驶工况对具有多个动力源的 PHEV 燃油经济性的显著影响，提出一种基于 K-means++工况识别的能量管理策略。以 ADVISOR 中 30 种标准行驶工况构建组合工况，在工况片段划分与工况识别周期选取的基础上，结合 K-means++聚类算法得到四种聚类结果，分别对应拥堵、城市、郊区以及高速四种典型行驶工况。建立发动机油耗与电机电能之和的整车能耗成本数学模型，采用极小值原理分别求解出四种典型工况下对应的发动机与驱动电机最优功率分配方式。对一段随机行驶工况进行聚类、仿真分析，结果表明，所提控制策略能有效识别随机工况，根据不同识别结果分配动力源间能量与功率，进一步提升了整车燃油经济性。

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感应滤波 12 脉波整流系统谐波抑制仿真研究

王娟, 王洪希

控制工程. 2021, 28(3): 445-450.

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传统 12 脉波工业整流系统仍会产生大量谐波和无功，研究了一种基于感应滤波技术的新型 12 脉波工业整流系统，通过仿真分析研究其在谐波抑制方面的优越性。在阐述了感应滤波技术滤波机理的基础上，利用 MATLAB/Simulink 中电力系统仿真模块(PSB)工具，建立感应型换流变压器及其滤波单元构建的新型 12 脉波工业整流系统仿真模型，通过与传统 12 脉波整流系统对比仿真研究，使用感应滤波时仿真结果网侧谐波 THD 仅为0.73%，表明了感应滤波技术能将谐波抑制于阀侧，避免其经过变压器流入电网并能减少对设备的损耗及谐波对电网的影响。

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带钢表面缺陷图像的增强和分割方法

李小彤, 张果, 杨奇, 尹丽琼

控制工程. 2021, 28(3): 451-456.

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对带钢表面缺陷进行检测时，由于光照不均匀，将导致缺陷难以识别和分割。针对此问题，提出了改进的图像增强与分割方法。首先，利用自适应二维高斯函数对图像背景进行估计，并结合图像的像素运算均匀图像背景灰度；然后，采用灰度变换函数提高缺陷区域与背景的对比度，增强细节信息；最后，采用最大相关准则方法选取阈值对缺陷图像进行分割。实验结果表明，与典型的图像增强和分割方法相比，所提出的方法表现优异，对非均匀光照下带钢表面缺陷图像的识别与分割具有较好的应用价值。

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二维直线电机的并联型无模型自适应复合控制

廖柏程, 曹荣敏, 周惠兴, 高彬彬

控制工程. 2021, 28(3): 457-463.

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针对二维直线电机平台系统的 XY 轴协同控制问题，将 PI 与并联型无模型自适应相结合的复合控制方法应用于控制系统。该控制方法通过在每个子系统加入 PI 控制方法保证其稳定性，再通过并联型的无模型自适应控制方法来提高整个系统的跟踪性能，以减小系统位置误差。基于数据驱动的无模型自适应控制方法设计二维直线电机系统控制器，其优势在于无需被控系统精确数学模型，仅根据被控系统输入输出数据对系统进行控制。相比基于模型的控制方法，该方法能够减小未建模动态产生的干扰，有效提高控制精度。仿真及实物控制效果对比结果表明，这种复合控制方法明显提高了整个系统的稳定性和位置跟踪精度。

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航班滑行路径规划和停机位分配联合优化#br#

闫萍, 袁媛

控制工程. 2021, 28(3): 464-470.

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针对机场的航班滑行路径规划和停机位分配的联合优化调度问题，构建基于冲突回避的滑行道与停机位联合调度模型，并提出改进的自适应差分进化算法求解问题。以最小化航班的滑行时间和旅客转机的行走时间为优化目标，建立非线性混合整数规划联合调度模型。设计考虑了滑行冲突的路径规划算法，完成航班的滑行路径分配，并通过自适应动态调整差分进化算法参数，引入个体位置边界的扰动策略，进一步改善了算法的搜索性能。对国内某枢纽机场的仿真结果表明，所提出的算法可以有效避免滑行冲突，缩短滑行时间，是能够兼顾旅客服务质量和航班场面滑行效率的有效方法。

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基于改进容积卡尔曼的 PMLSM 无传感控制研究

朱军, 刘炳辰, 王海星, 李紫豪, 张哲

控制工程. 2021, 28(3): 471-477.

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在永磁直线同步电机(PMLSM)的无传感器控制系统中，需要对动子的位置和速度进行实时状态估计。针对标准的容积卡尔曼滤波算法在 PMLSM 无传感控制中存在状态协方差矩阵易失去非负定性，以及噪声统计特性未知时变导致的滤波精度降低甚至发散的问题，提出一种容积卡尔曼滤波的改进算法。该算法结合平方根滤波和改进的渐消型记忆时变噪声估值器特点，能够保证滤波过程中状态协方差阵的非负定性，同时具有应对噪声变化的自适应能力。在永磁同步直线电机的无传感控制仿真实验中，改进的 CKF 算法能够明显提高标准 CKF 的滤波精度，在速度跟踪性能上，负载突变前、后的最大跟踪误差百分比分别为 0.428 6%、0.146 8%，稳定跟踪后的跟踪误差百分比稳定在 0.045 7%。

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一种等价于 PI 的二型模糊控制器设计算法

施建中, 梁绍华

控制工程. 2021, 28(3): 478-487.

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区间二型模糊集合将次隶属度做了简化，基于 KM 降阶算法的区间二型模糊控制器实现起来相对简单。虽然区间二型模糊控制器在一定程度上优于传统的一型模糊控制器或者 PI 控制器等，但区间二型模糊控制器并没有充分利用二型模糊集合的次隶属度信息。为解决这些问题，研究了普通二型模糊控制器的一般结构，提出了一种等价于 PI 的二型模糊控制器。该控制器基于普通二型模糊集合的 α 平面表现形式，在次隶属度函数的顶点处，将区间二型模糊集合简化为一型模糊集合。通过 n 阶有自平衡对象，无自平衡对象以及 2 个非线性对象的仿真结果表明，提出的二型模糊控制器能够得到较好的控制效果。

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基于 VSG 微网储能变流器无缝切换控制策略研究

朱作滨, 黄绍平

控制工程. 2021, 28(3): 488-494.

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针对微网储能变流器采用状态跟随控制器进行切换的过程中存在微小电压、电流扰动等问题，本文提出了一种基于线性自抗扰控制器(LADRC)的无缝切换控制策略。在采用 P/Q 控制和 VSG 控制相互切换方法的基础上，将电流内环控制器改成线性自抗扰控制器。通过设计一个状态观测器 LESO 实时在线观测估计输出变量直轴、交轴电流 id、iq以及系统的各种扰动；将扰动估计值补偿给P/Q控制器和 VSG 控制器切换过程中的突变量，从而抑制切换过程中的电压、电流波动。最后，建立基于 LADRC 的储能变流器无缝切换仿真模型。仿真结果验证了该方法的可行性。

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一种直流电机系统的稳定裕度估计方法

刘天宇, 罗浩, 王雪娇, 尹珅

控制工程. 2021, 28(3): 495-500.

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随着工业设备自动化程度和复杂度的不断提高，系统稳定性和鲁棒性成为日益关键的指标。而稳定裕度便是衡量系统稳定程度的一个指标，并且在控制系统设计中起着重要的作用。因此，一种数据驱动的稳定裕度估计方法被提出，并且以直流电机系统为例进行了应用。利用电机输入输出测量数据和原本的控制器信息，通过子空间投影，估计出了系统的稳定裕度，并比较了在常见的电机故障中，对控制系统稳定裕度变化量的估计。仿真结果显示此方法在系统参数发生变化时较好地估计出了相应的稳定裕度。

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风光互补发电系统的分布式模型预测控制

张怡, 刘洋, 穆勇

控制工程. 2021, 28(3): 501-509.

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风光互补发电系统中，风力和光伏独立发电且两者在地理上相隔较远，彼此没有通讯交流。对此问题，提出用分布式模型预测控制的方法去解决。首先，在风光互补发电系统中存在大量的非线性环节，运用神经网络线性逼近，训练得出各个子系统的神经网络线性化模型。然后，在此基础上，基于风力优先发电、光伏配合、蓄电池必要时输出的原则，设计出满足相应的约束条件且合理的目标函数并利用二次规划的方法求解出最优值。最后，研究结果表明，针对系统负荷端的需求，分布式模型预测控制方法可以在理论及实际真实天气条件下去合理地分配各个子系统的输出功率。相对于其他的传统方法，分布式模型预测控制在优化系统性能方面速率高且效果好。

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逐级独立优化的 MMC 模型预测控制

罗𮧵, 马一帆, 周中正, 姜建国

控制工程. 2021, 28(3): 510-518.

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模型预测控制(MPC)方法应用于模块化多电平换流器(MMC)系统时存在计算负担大、配置加权因子困难等难题。在分析 MMC 离散数学模型的基础上，利用系统输出电平作为控制项，提出了简化有限控制集的无加权因子的逐级独立优化模型预测控制策略。通过设计独立目标函数来逐级实现交流输出跟踪以及环流抑制的控制目标，并在环流抑制环节中引入误差补偿模块以抵偿桥臂误差电压。此外，提出的基于 BFPRT 算法的子模块电容电压均衡策略能够在保证电容电压控制精度的同时，避免在每个控制周期对桥臂子模块电压进行完全排序，从而提高了系统运行速度。最后 MATLAB/Simulink 仿真结果和 MMC样机实验结果均验证了所提方法的可行性、有效性以及出色的计算效率。

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基于 PSO 的钻机快速自适应 PID 控制

沙林秀, 王凯

控制工程. 2021, 28(3): 519-523.

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针对传统液压盘刹钻机 PID 控制系统响应速度慢、稳态误差大、参数整定周期长，以及无法满足随钻遇地层变化实时参数优选的不足，以恒钻压自动送钻为研究对象，构建了液压盘刹钻机控制模型，设计了粒子群算法(PSO)优选钻机 PID 控制参数，并实现在Simulink 环境下自动调用优选出的 PID 参数，提高了钻机控制参数的快速、自适应整定。仿真结果表明，与传统采用 Z-N 经验公式法、试凑法和遗传算法(GA)实现钻机 PID 控制相比，基于 PSO 的钻机快速自适应 PID 优化控制能够有效地提升系统响应速度，降低系统稳态误差，满足钻机恒钻压随钻控制的实时性、准确性需求，实验结果证明了该方法的可行性和优越性。

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ARX-Laguerre 模型 PID 预测控制及其在过热汽温控制中的应用

郭伟, 张鹏程, 李涛, 朱承平

控制工程. 2021, 28(3): 524-530.

摘要 ( )

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针对火电厂过热汽温控制的特点，提出了一种基于 ARX-Laguerre 模型的 PID 预测控制算法(ALMPCPID)，该算法使用增量式的 ARX-Laguerre 模型作为预测模型，将滚动优化的性能指标改为 PID 控制器的形式，并利用带遗忘因子的最小二乘递归方法对模型参数进行在线辨识。将 ALMPCPID 算法应用于过热汽温控制系统进行仿真研究，仿真结果表明该方法可有效应对过热汽温系统的特性变化带来的影响，控制效果优于常规预测控制策略，具有很好的应用价值。

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输入饱和及输出受限的纯反馈非线性系统控制

张春蕾, 王立东, 高闯, 陈雪波

控制工程. 2021, 28(3): 531-539.

摘要 ( )

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针对具有输入饱和和输出受限的纯反馈非线性系统，设计了神经网络自适应控制器。首先利用隐函数定理和中值定理将非仿射形式的纯反馈非线性系统转换成有显式输入的非线性系统，基于李雅普诺夫第二方法以及反推法并采用障碍型李雅普诺夫函数进行控制器的设计，最后通过稳定性分析证明了闭环控制系统是半全局一致最终有界的，利用仿真例子验证了控制方案的有效性。

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基于智能水滴算法的空调水温二阶时滞 PID 控制

郑斌, 黄璐, 周亮

控制工程. 2021, 28(3): 540-545.

摘要 ( )

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为提高中央空调系统使用过程中的能耗利用效率，实现更加有效的回水水温控制，提出基于不确定 IWD-PID 整定的中央空调系统回水水温控制方法。首先对中央空调系统冷回水水温模型进行研究，用二阶时滞惯性模型对回水水温模型进行描述，获得其控制对象数学模型形式；其次引入智能水滴算法(IWD)对 PID 控制器进行优化整定，并利用不确定方式对 IWD 算法进行性能提升，最后据此对中央空调系统回水水温模型的 PID 控制器进行参数整定，实现回水水温有效控制。实验结果表明，采用该控制策略在满足室内负荷需求的前提下能够更有效地降低冷冻水泵的运行频率，节能效果与控制质量更佳。

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关节型机器人运动学仿真及控制系统设计

丁云鹏, 朱学军, 孙绪强, 孟祥秀, 陈旭

控制工程. 2021, 28(3): 546-552.

摘要 ( )

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关节型机器人各运动关节动态特性和控制系统的稳定性直接影响机器人以及轨迹规划的可达性。以 IRB140 关节型机器人为研究对象，依据标准 D-H 参数法和空间位姿变换理论推导出机器人正向运动学数学模型，并采用机器人逆运动学和改进后的五次多项式插值算法实现了机器人在关节空间下进行轨迹规划时各运动关节速度和加速度过渡平滑的目的。最后，搭建机器人控制系统实验平台，实验结果表明，所设计的关节型机器人控制系统能够准确、稳定的控制各关节运动，精准地完成不同运动路径下的夹取搬运任务，满足实际生产工作要求。

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高阶终端滑模控制在稳定平台中的应用

任彦, 王义敏, 牛志强, 肖永健

控制工程. 2021, 28(3): 553-558.

摘要 ( )

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针对稳定平台伺服系统中干扰对跟踪精度的影响，提出一种高阶终端滑模控制算法。首先，提出一种基于 super-twisting 算法的高阶滑模干扰观测器的设计方法，实现对系统中干扰的快速估计与实时补偿。其次，提出一种基于 Lyapunov 函数的高阶终端滑模控制器，由到达条件推导而得，高阶终端滑模控制将不连续的切换项作用于变量的高阶微分，使系统在保持滑模控制强鲁棒性的同时又能较大程度地削弱滑模控制中的抖振，实现对未估计干扰的精细化补偿。通过 Lyapunov 稳定理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明了控制策略的有效性。

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考虑自动驾驶仪与角度约束的制导律设计

陈宝文, 孙经广

控制工程. 2021, 28(3): 559-564.

摘要 ( )

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以末端拦截高机动目标为背景，针对带有攻击角约束和自动驾驶仪动态特性情形下的二维平面制导问题进行了研究分析。在提出固定时间终端滑模面基础上，通过自适应算法在线估计干扰的上界值，针对带有攻击角约束和自动驾驶仪动态特性的制导系统模型设计了自适应终端滑模制导律，使得系统状态在有限时间内趋于零附近任意小的区域。利用李雅普诺夫理论对所设计制导策略给出了严格的稳定性证明，仿真结果验证了所提制导方案的有效性。

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一种迭代修正的冲突证据改进方法

田明明, 叶继华, 万叶晶

控制工程. 2021, 28(3): 565-570.

摘要 ( )

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针对多传感器数据融合领域中使用 D-S 组合规则无法有效融合传感器不确定证据信息的问题，提出一种迭代修正的冲突证据改进方法。该方法通过计算证据之间的相互支持度和证据之间的相似度，综合度量每个证据的修正参数。利用修正参数修正证据，并通过 D-S 组合规则融合。然后，以融合结果作为参考证据，重新度量每一个原始证据的修正参数，修正原始证据再融合。通过多次迭代修正融合，直至最后两次的融合结果收敛为止，最后通过两组冲突证据验证了该方法具有很好的融合效果。

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基于压缩采集与 CNN 的风电机轴承故障诊断

吴定会, 韩欣宏, 郑洋

控制工程. 2021, 28(3): 571-578.

摘要 ( )

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针对传统风电机轴承故障检测存在的采样数据量大、故障特征依赖主观选取的问题，提出了风电机轴承故障的信号压缩采集、自动提取特征及故障诊断的方法，解决了风电机轴承振动信号特征提取计算复杂、受先验知识影响较大的问题。首先基于梯度加速法(NAG)和 QR 分解理论对随机高斯观测矩阵进行优化，实现风电机轴承振动信号压缩采集；然后将压缩采集得到的数据作为卷积神经网络(CNN)的输入，利用卷积池化层提取压缩采集数据中的故障特征；最后，将得到的故障特征通过 softmax 分类器进行分类。仿真实验表明：该方法能够自动提取风电机轴承的故障特征，在保证较高故障诊断准确率的同时，缩短了网络训练时间。

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基于神经网络 PID 的嵌入式电源控制系统

马立新, 季乐延, 朱勇杰

控制工程. 2021, 28(3): 579-584.

摘要 ( )

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针对传统 PID 控制器对非线性时变系统实时性差、抗干扰能力弱，且控制参数人工整定较为困难的问题，研究利用神经网络自学习、抗干扰能力强的特性以及任意逼近非线性函数的能力，在硬件层面实现神经网络控制。利用高性能嵌入式系统芯片作为神经网络计算核心，设计搭建了自整定 PID 逆变电源控制系统和电路。通过实验验证了该神经网络优化的 PID 控制系统在两种误差指标上分别降低了 15.2%和 67.8%，并实现了对期望输出更好的跟踪效果，提高了控制系统的自适应能力，实现了智能算法和功能。

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混合连接时间/注意力机制端到端语音识别

陈聪, 贺杰, 陈佳

控制工程. 2021, 28(3): 585-591.

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为提高常规自动语音识别(ASR)系统的精度，提出基于隐式马尔可夫模型混合连接时间分类/注意力机制的端到端 ASR 系统设计方法。首先，针对可观测时变序列语音识别过程中存在的连续性强、词汇量大的语音识别难点，基于隐式马尔可夫模型对语音识别过程进行模拟，实现了语音识别模型参数化；其次，使用连接时间分类目标函数作为辅助任务，在多目标学习框架中训练语音识别过程的关注模型编码器，可降低序列级连接时间分类目标近似度，实现语音识别过程精度提升；最后，通过在自建语音识别库上的仿真实验，验证所提算法在识别效率和精度上的性能优势。

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利用文本相似度计算的装配工作指令评估

王云飞, 赵霞, 屈美霞, 张占荣, 赵丽

控制工程. 2021, 28(3): 592-599.

摘要 ( )

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针对现有四种装配工艺指令相似度评估方法（即词重叠、Jaccard、TF-IDF 和潜在语义分析 LSA）缺乏系统性量化评估的问题，提出采用十个工作指令集的 45 个基于文本的装配指令作为案例对现有四种文本比较方法进行分析。统计假设测试表明，Jaccard方法模拟装配工作指令的相似度高于其他三种方法至少 3.75%，且对同义或多义词不敏感；而 LSA 方法对同义词或多义词的敏感度总体上低于其他三种方法至少 6.02%，且可用于检索自由文本的装备工作指令，避免了 TF-IDF 方法依赖于装配工作指令数据库的弊端。故而 LSA 方法更适合用于装配工作指令的评估。

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改进加权朴素贝叶斯的软件缺陷预测算法

郭树强, 黄蕊, 李卿

控制工程. 2021, 28(3): 600-605.

摘要 ( )

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针对软件缺陷预测领域特征之间存在紧密关联性而影响朴素贝叶斯分类性能的问题，提出一种改进加权朴素贝叶斯的分类算法。首先，通过预处理步骤以及特征成对计算，创建彼此之间的依赖关系。然后，通过构造权值的方式实现朴素贝叶斯的独立性假设松弛。最后，使用离散化方法将软件指标的数值转化为分类值，并利用 min-max 归一化程序对数据进行归一化处理。使用获得广泛认可的 NASA 信用数据库进行实验，实验结果表明，提出的改进算法比标准朴素贝叶斯方法预测效果更好，相比其他几种同类算法，提出的算法更具竞争性。

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基于 GPNN 算法的电网区间故障诊断策略

赵金勇, 卢恒 , 于月平, 段立春, 李宁宁, 刘春秀

控制工程. 2021, 28(3): 606-612.

摘要 ( )

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合并预测的电网子区间故障诊断策略。首先，针对电网故障诊断中存在的数据不确定性现象，引入概率神经网络对其进行数据处理，同时为进一步提高概率神经网络对于数据不确定性的鲁棒处理效果，利用高斯算法对概率神经网络进行改进；其次，针对大型电网故障诊断的效率问题，提出一种子区间并行的故障诊断算法，对电网进行子区间操作，分别应用 GPNN 算法实现对电网故障子区域的诊断和最终诊断结果的融合；最后，通过仿真实验验证了所提算法在电网故障诊断中的有效性。

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2021年, 第28卷, 第3期　
刊出日期：2021-03-20

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