2021年, 第28卷, 第4期　
刊出日期：2021-04-20

  

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  基于区块链思想的多热源智能管控系统

  郑贵林, 高雷

  控制工程. 2021, 28(4): 613-619. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190325

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  区块链思想的多热源智能管控系统。首先，在系统中，利用物联网技术，并结合区块链的核心思想，可以更好地进行数据管理，保证数据的安全性、完整性和一致性，有助于促进多热源智能管控系统中信息的横向流动。然后，通过云平台可以对数据进一步挖掘分析，做出智能化的决策，并对节点上的数据进行更新，多热源智能管控系统可以根据节点上的数据协调运行。最后，对多热源智能管控系统进行整体设计，并在云平台上搭建运行平台。实验表明，与传统供热系统相比，多热源智能管控系统达到了多元核心的效果，提高了系统的安全性、稳定性和节能性。
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  周期性拒绝服务攻击下的弹性负荷频率控制

  薛田良, 刘希懋, 张赟宁, 曾阳阳

  控制工程. 2021, 28(4): 620-627. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190241

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  针对开放通信网络大量应用于现代负荷频率控制系统，系统易受恶意网络攻击而给电力系统带来安全隐患的问题，研究了拒绝服务攻击下弹性负荷频率控制器的设计问题。首先，在网络攻击参数给定的情况下，构建了计及拒绝服务攻击的负荷频率控制系统模型。然后，应用分段李雅普诺夫函数，对切换系统稳定性进行了分析，得到了攻击周期、攻击率与系统指数衰变率的关系。接着，在获得的稳定性判据的基础上，设计了弹性负荷频率控制器。最后，以一个两区域互联电力系统为对象进行仿真，验证了所提方法的有效性。
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  基于干扰观测器的四旋翼轨迹跟踪控制

  赵永生, 曹健, 范云生, 何智平

  控制工程. 2021, 28(4): 628-637. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190550

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  针对四旋翼飞行器在外部气流扰动和内部模型参数摄动影响下的稳定轨迹跟踪控制问题，提出了一种基于干扰观测器的动态面反演滑模控制算法。首先，在建立四旋翼飞行器模型的基础上，采用反演滑模控制设计轨迹跟踪控制律，保证所设计的控制器以指数收敛速率跟踪指令信号；然后，设计干扰观测器，在不改变原有控制器结构的基础上观测飞行器内部噪声扰动与外部广义扰动并进行补偿。同时，引入动态面解决反演滑模控制在高阶系统面临的“微分爆炸”问题；并利用李雅普诺夫函数证明闭环系统的所有信号一致有界。最后，以 Qball2 四旋翼飞行器为对象进行仿真和实验验证。仿真和实验结果表明，所设计的控制器对不确定的扰动有较强的鲁棒性。
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  门机停车定位的轨迹规划与控制方法研究

  吴孟桦, 胡晓兵, 向海, 赵清祥

  控制工程. 2021, 28(4): 638-645. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190292

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  针对门机启停过程中出现的冲击、吊索摆动、单环控制停车定位不精确的问题，提出了一种多项式运动轨迹规划配合双闭环的控制系统。分析了五次多项式运动规律，使用遗传算法搜索出最优参数，再使用 MATLAB 建模仿真验证方案可行性并将其与传统方案进行比较。最后进行了门机定点停车实验，并将仿真结果与实验结果进行对比研究，以验证仿真模型和结果的有效性。由实验结果可知，使用本文方法后，位移、速度跟随性良好，摆幅减小到 5°以内，消摆时间减少到 7 s 左右，停车定位精度在 0.04 m 左右。停车过程不存在柔性冲击，实验数据基本符合仿真结果。

  
  
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  混沌移动机器人随机覆盖路径规划的研究

  刘平, 孙金菊, 王春颖

  控制工程. 2021, 28(4): 646-655. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180743

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  针对移动机器人的随机覆盖路径规划问题，基于传统蔡氏系统和忆阻器提出了一个新的具有多吸引子的混沌系统，该系统具有较好的遍历性和随机性。然后，利用多吸引子混沌系统生成移动机器人的随机覆盖路径。仿真结果表明，当吸引子个数增加时，多吸引子混沌系统所生成的随机覆盖路径具有如下特点：路径模糊熵值增大，随机性增加；同时间条件下，路径的覆盖面积增大；路径到达目标区域的各单元格次数的标准差减小，路径更均匀。与随机游走方法相比，利用多吸引子混沌系统生成的随机覆盖路径覆盖目标区域所需时间更短，工作效率更高。
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  离散多自主体系统输出时变编队-合围控制

  韩娜妮, 朱亚锟, 郑祎林

  控制工程. 2021, 28(4): 656-664. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190228

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  针对存在时变时延的离散异构多自主体系统，提出了输出时变编队-合围控制协议。通过合理的假设和状态分解，将输出时变编队控制问题转变为子系统的渐近稳定问题。为减小保守型，对系统进行了可观测性分解，然后利用李雅普诺夫稳定理论给出了系统实现输出时变编队-合围控制的充分条件，并且对时变编队参考函数进行了详细叙述。最后，仿真实例证明了所设计的协议能使离散异构多自主体系统实现输出时变编队-合围控制。
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  基于 RPMDE-MKSVM 的锂离子电池剩余使用寿命预测

  简献忠, 韦进, 王如志

  控制工程. 2021, 28(4): 665-671. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190644

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  为了提高锂离子电池剩余使用寿命预测的精度，提出了一种基于随机参数机制差分进化(random parameter machine differential evolution, RPMDE)算法与多核支持向量机(multi-kernel support vector machine, MKSVM)的锂离子电池剩余使用寿命预测模型。首先，将差分变异策略和随机搜索算子引入差分进化算法中来增强算法种群多样性，提高全局搜索能力。然后，通过 RPMDE 算法优化 MKSVM 的惩罚因子和核参数来提高预测模型的精度。最后，利用美国国家航空航天局的锂离子电池测试数据验证 RPMDE-MKSVM 模型的准确性。实验结果表明，相比于差分进化算法模型和粒子群优化算法模型，RPMDE-MKSVM模型不仅具有更快的收敛速度，而且具有更优的预测精度。
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  基于滑模方法的小型无人直升机混沌振荡控制

  齐国元, 郭曦彤

  控制工程. 2021, 28(4): 672-680. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180744

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  小型无人直升机具有主旋翼转速高、机身轻的特点。在配重失当、风力干扰情况下，机身会剧烈抖动，小型无人直升机的角速度甚至产生混沌振荡行为。控制小型无人直升机减轻、消除混沌振荡成为研究的重点。首先，给出了小型无人直升机的 6 自由度数学模型，并在悬停状态下，给出了该系统的线性化模型。其次，将该系统分为高度模型、航向角模型、X 轴和 Y 轴位置模型、滚转角和俯仰角模型等几个控制部分，分别构建滑模控制律。运用指数趋近律方法消除滑模控制律的抖振问题。最后，仿真分析验证了该控制律可有效抑制小型无人直升机混沌振荡的产生，实现悬停状态。
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  四翼混沌系统分析和同步控制

  颜闽秀, 徐辉

  控制工程. 2021, 28(4): 681-686. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190476

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  针对一个新的结构简单的四翼混沌系统，对其混沌特性、可实现性，以及带有扰动的同步控制问题进行了研究。通过分析系统的相轨迹图、功率谱、分岔图、李雅普诺夫指数谱、庞加莱截面图验证了新系统的混沌特性。参数变化时，新系统的混沌特性更为丰富。通过设计新系统的电子电路并于 Multisim 软件中进行模拟，证实了系统的可实现性。针对带有外部扰动的混沌系统之间的同步问题，采用滑模控制的方法设计了滑模控制器，实现了系统有限时间内同步。
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  新型可再生锂电池/超级电容器电流控制方法

  汪秋婷, 戚伟

  控制工程. 2021, 28(4): 687-692. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190350

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  提出一种适用于电动汽车能量管理系统的并联电流控制方法，电路由可再生锂电池和超级电容器组成。控制电路引入升压变换器，提高超级电容器的两端电压，在可再生锂电池、超级电容和直流电路之间设计控制开关 S1 和 S2，达到减少锂电池放电深度和提高整车功率的目的。将状态空间平均法和李雅普诺夫稳定性理论应用于电子电路系统中，对可再生锂电池和超级电容器的支路电流和功率进行智能管理。基于相同负载电流模式进行仿真实验，结果表明，新方法具有较好的分流效果和稳定的控制性能，能够应用于可再生锂电池/超级电容器的能量管理系统中。
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  飞机起动/发电机起动控制系统逆变组件的研究

  杨娟, 杨占刚

  控制工程. 2021, 28(4): 693-698. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180388

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  起动逆变组件的计算与分析是飞机起动/发电机起动控制研究的关键。分析研究直流/交流主逆变器的电流滞环跟踪型控制策略，计算研究电流可调/电压限制型励磁电流生成电路，搭建仿真模型；结合三级式同步无刷电机起动功能下系统模型，进行起动系统仿真实验。仿真结果表明，起动控制系统能够可靠稳定运行，直流/交流主逆变器能够准确产生三相脉冲宽度调制电流，励磁电流生成电路输出满足副励磁机定子绕组励磁要求。研究起动/发电双功能系统中起动逆变组件对后期研究多电飞机主发动机电起动技术具有借鉴意义。
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  异步跳变惯性神经网络的有限时间同步

  肖振伟, 靳艳茹, 李杰

  控制工程. 2021, 28(4): 699-707. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190545

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  针对一类由时滞惯性神经网络组成的马尔可夫异步跳变驱动-响应系统，研究了其在有限时间区间上的同步问题。首先，为了解决推导同步准则过程中的困难，设计了一个非连续的针对闭环系统的控制器；然后，基于李雅普诺夫理论，提出了一些新的李雅普诺夫泛函，并结合反凸组合方法和自由权矩阵方法，对李雅普诺夫泛函的导数进行了合理且有效地放缩；最后，根据所设李雅普诺夫泛函的特征以及系统初始条件，给出了一个较小保守性的有限时间同步结果。数值仿真和保密通信应用实例仿真说明了该控制器设计方法的有效性和实用性。
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  销售、回收渠道差异与闭环供应链决策

  陈梦泽, 公彦德

  控制工程. 2021, 28(4): 708-716. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180563

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  在制造商主导下，研究了单渠道销售且销售商独立回收，双渠道销售且销售商与第三方共同回收下的企业决策及供应链稳定性。分析发现，相较于单一销售和回收渠道，当闭环供应链系统内存在混合渠道时，销售商回收价格增加而回收量减少，闭环供应链系统的回收量与回收价差敏感系数密切相关。制造商与销售商的最优销售策略均为共同销售，正向供应链长期稳定。当消费者对回收价差敏感度较低时，销售商选择与第三方共同回收；当消费者对回收价差较敏感时，逆向供应链有断裂风险；当回收价差敏感度过高时，参与企业的最优回收策略均为销售商独立回收，逆向供应链长期稳定。
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  线性系统未知输入和状态扩展递归滤波方法

  花玉, 王娜, 赵克友

  控制工程. 2021, 28(4): 717-723. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20200622

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  在环境监测、导航与控制、故障检测等领域中，由于环境影响、模型参数选取不当、设备故障等原因，系统状态方程和测量方程中往往含有未知输入。针对未知输入直接馈通到测量方程的情况，研究同时估计线性系统状态和未知输入的问题。在没有未知输入先验知识的前提下，针对测量方程中未知输入系数矩阵不满秩时无法应用经典递归三步滤波器的问题，依据线性最小方差无偏估计准则，提出了一种新的扩展递归三步滤波器，并提炼汇总出具体递归迭代步骤。仿真结果表明，与以往系数矩阵不满秩情况下的无偏最小方差状态估计方法相比，新的滤波器能够有效降低状态估计误差。
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  基于扰动观测器的双惯量系统高阶滑模控制

  沙磊, 王树波

  控制工程. 2021, 28(4): 724-729. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20200054

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  针对含有未知扰动的双惯量系统，基于有限时间扰动观测器，提出一种高阶积分滑模控制方法。首先，为了消除扰动对系统的影响，设计有限时间扰动观测器，通过扰动观测器估计出系统的未知扰动以及扰动的导数，并将估计值融入控制器的设计当中。然后，通过模型转换，将系统模型转换成标准的积分器串联形式，设计高阶积分滑模控制器。与传统积分滑模控制器相比，高阶积分滑模控制器减小了输入信号的“抖振”，能够有效地抑制扰动，同时实现了对参考信号的精确跟踪。最后，通过 MATLAB/Simulink 进行了双惯量系统仿真，验证了所提控制策略的有效性。
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  基于 AEKF 算法的三元锂电池 SOC 估算方法研究

  夏黎黎, 王顺利, 于春梅, 李建超, 谢伟

  控制工程. 2021, 28(4): 730-735. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190586

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  锂电池的荷电状态(state of charge, SOC)作为锂电池的重要参数之一，其估算精度对锂电池的管理有很大影响。扩展卡尔曼滤波算法作为常用的 SOC 估算方法，忽略了噪声变化对 SOC 估算的影响，在运用时会出现噪声误差累积的情况。自适应扩展卡尔曼滤波算法能对扩展卡尔曼滤波算法估算 SOC 时的噪声进行修正。实验结果表明，该方法能有效提高 SOC 估算精度。在动态应力测试工况下，估算精度提高 2%；在北京公交纯电动客车动态应力测试工况下，估算精度提高 0.39%。该方法能够提高实际应用中的 SOC 估算精度，从而可以提高锂电池的管理效率。
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  基于改进 D*算法的 AUV 三维动态路径规划

  朱蟋蟋, 孙兵, 朱大奇

  控制工程. 2021, 28(4): 736-743. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190179

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  传统 D*算法应用于路径规划时，规划的路径一般由折线段组成，且紧靠障碍物边缘。由于自身运动学约束，自治水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)难以实现折线等情况的快速转向；同时由于自身体积约束，AUV 可能会碰撞到障碍物边缘。针对

  AUV 三维水下动态路径规划问题，在原 D*算法的代价函数基础上增加了障碍物威胁代价项，以保证规划的路径更安全；利用均匀 B 样条曲线拟合模型进行路径平滑处理，进而得到优化的 AUV 规划路径。最后，仿真结果表明，改进的 D*算法可以达到预期效果。
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  减载风电机组协调控制策略及 PI 参数优化

  王乐, 蔺红

  控制工程. 2021, 28(4): 744-750. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190434

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  为解决高渗透率风电接入条件下电网稳定问题并提高风电参与系统调频能力，提出中高风速段超速控制和变桨控制协调的减载控制策略，建立超速控制和变桨控制的 PI参数优化模型。提出一种改进粒子群优化算法动态优化超速控制和变桨控制 PI 参数，对粒子群优化算法惯性权重系数进行改进，解决传统粒子群易陷入局部最优的问题，使适应值不同的粒子通过不同步长进行搜索以获取最优解，提高算法精度与收敛速度。利用MATLAB/ Simulink 进行仿真，仿真结果表明，改进算法动态优化其控制系统 PI 参数，使风电出力更加平滑，风电场具备了更好的参与系统调频的能力。
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  基于事件触发优化的鲁棒 H_∞控制

  陆佳杰, 樊渊, 刘天龙

  控制工程. 2021, 28(4): 751-758. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190264

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  针对线性系统，研究事件触发优化机制下的鲁棒H_∞控制。首先，在时间触发和事件触发机制下，给出系统优化性能指标，设计优化控制器。接着，考虑基于事件触发优化机制下的鲁棒H_∞控制，当外部干扰为零时，给出线性系统渐近稳定性的证明；当外部干扰不为零时，推导得到系统具有给定 H_∞干扰抑制水平γ 。然后，分析线性系统的 Zeno 行为，通过推导给出一个正的最小触发时间间隔来保证系统不会存在 Zeno 行为。最后，通过系统仿真验证算法的有效性。
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  吊车危险区域侵入行人机器视觉定位算法

  石怀涛, 李刚, 范丽婷, 刘建昌, 冯大阔

  控制工程. 2021, 28(4): 759-765. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190353

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  为了提高吊车施工的安全性能，并针对作业面行人目标像素较小不利于检测定位的问题，提出了一种吊车危险区域侵入行人机器视觉定位算法。首先，改进了用于目标识别的 YOLOv3 网络，更改了检测输入像素值，增加了小目标检测尺度并简化了不必要的网络结构，获得了更高的检测精度和更快的检测速度；然后，采用相机坐标变换的方法测算行人与危险区域中心点的距离；最后，通过真实样本数据集训练模型网络并测距来验证该算法的性能。实验结果表明，相比于其他算法，该算法在检测精度、检测速度和测距误差上均更优，具有更广的应用前景。
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  基于改进粒子群优化算法的 MFAC 参数寻优

  冯增喜, 张聪, 李丙辉

  控制工程. 2021, 28(4): 766-773. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20200303

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  针对无模型自适应控制算法目前存在的参数整定和优化困难问题，提出一种改进的粒子群优化算法来优化控制器参数。该算法通过引入基于逻辑斯谛映射产生的混沌算子，并采用线性减小策略调整惯性权重和加速因子，实现对无模型自适应控制参数 η、μ、ρ 和 λ 的自动寻优。以典型非线性系统为控制对象进行了仿真。结果表明，改进的粒子群优化算法具有更好的寻优速度和精度；采用优化参数进行控制后，超调量大幅减小，期望输出阶跃变化或系统模型改变时出现的振荡现象被有效克服，使系统具有更强的抗干扰性和自适应性。
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  基于双稀疏表示的无监督属性选择算法

  劳翠金, 秦燊, 文国秋

  控制工程. 2021, 28(4): 774-780. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180612

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  由于大量无类标签数据需要降维处理，近年来无监督属性选择学习受到越来越多的关注。通过将两种稀疏表示和属性自表达损失函数嵌入到同一个学习框架中，提出了一种新的无监督属性选择算法。首先，利用属性自表达技术重构数据，使每一重构属性为所有原始属性的线性表征，加强属性关联性。然后，分别利用l_{2, p} 范数正则项和l₁ 范数正则项使权重系数矩阵稀疏，剔除冗余无关属性，实现属性选择目的。最后，将约简后的低维数据集送入支持向量机中获得分类结果，以此评判属性选择算法是否有效。对多个真实数据集进行实验，实验结果显示，所提算法的降维效果优于一般常用算法。
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  拼图机器人视觉控制系统设计与应用

  陈晋生, 赖惠鸽, 史伟, 丁云鹏

  控制工程. 2021, 28(4): 781-786. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190034

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  为研究拼图机器人视觉系统的控制稳定性，确保拼图机器人在拼图七巧板的过程中能够实现 90%以上的准确率，以 KR6 型机器人为研究对象，依据空间坐标系变换和机械臂逆运动学解的理论基础，建立 KR6 型机器人视觉控制系统标定模型。利用 Canny 边缘检测算法和 Douglas-Peucker 算法对七巧板模型进行图像识别定位，并采用五次多项式插值法完成拼图轨迹规划。通过仿真模拟实验得出，KR6 型机器人可以实现对七巧板的识别定位，并沿着预定的轨迹完成拼图任务。最后，通过在现场搭建实验平台，进一步验证了所设计的拼图机器人视觉控制系统能够较精准地完成各种预设图案的拼图。
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  基于粒子滤波的管道泄漏检测与定位方法 

  贺利乐, 陈奕昕, 贺宁, 吴文

  控制工程. 2021, 28(4): 787-798. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190197

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  针对长距离管道中可能发生的较小泄漏，提出一种基于粒子滤波的泄漏检测与定位方法。首先，基于特征线法建立了管道流体的数学模型，并将其转化为状态空间模型，基于状态空间模型使用粒子滤波对管道瞬态流动条件下的压头值和流量值进行状态估计。在泄漏定位方面，提出一种估计—隔离—再估计的定位策略和一种基于重采样的泄漏量估计方法，该方法能够通过判断粒子滤波估计值和输油管道沿线测量值的匹配程度，获得泄漏点位置、泄漏量和泄漏系数。仿真结果显示，所述方法对长距离管道中发生的较小泄漏的定位误差低于 1%，能够有效对管道泄漏进行定位。
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  基于混合输入模糊神经网络的风力发电机异常监测

  张宇献, 郑研, 钱小毅, MOHAMMED Gendeel

  控制工程. 2021, 28(4): 799-807. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190125

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  风力发电机工作环境恶劣致使故障频发，常规异常监测方法存在监测参数单一、误报率高等问题。将风力发电机运行工况作为分类变量引入混合输入模糊神经网络，建立风力发电机关键参数的正常行为模型，计算在线运行数据与正常行为模型的残差，通过残差建立多元高斯分布模型，并利用高斯概率密度的等高线设定异常状态阈值。实验以 5 MW海上风力发电机基准模型为例，建立多输入多输出模型对发电机输出功率和转子转速进行异常监测。对比实验结果表明，该方法的发电机输出功率和转子转速异常状态识别正确率优于其他对比方法。
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  车用永磁同步电机弱磁区能量回收最优控制

  方桂花, 王鹤川, 曾标, 高旭

  控制工程. 2021, 28(4): 808-814. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20190273

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  以电机发电损耗最小为控制目标，设计了一种永磁同步电机弱磁区发电控制策略，建立了 d-q 轴电流与电磁转矩、电压极限、电流极限之间的非线性规划模型。根据电机电压极限约束随电机电角速度变化的特性，设计的控制策略减少了非线性规划求解中约束方程的个数，同时扩宽了车用永磁同步电机的发电转速范围。在 MATLAB/Simulink 软件中，搭建了控制策略模型以及永磁同步电机仿真模型。仿真结果表明，所设计的控制策略在保证电磁转矩稳定输出的同时，永磁同步电机平均发电效率为 86.34%，处于高效的能量回收状态。
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  集中供热机组全自动控制方法研究

  戎瑞, 张志强, 柳行

  控制工程. 2021, 28(4): 815-820. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180644

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  介绍了大型城市集中供热机组的运行原理及当前该种机组运行过程中自动化投入的现状。根据此种机组的燃烧特性，结合常规循环流化床锅炉的控制思路，设计了以焓值计算为控制核心的全自动控制策略，并主要针对燃烧过程中床温和氧体积分数这两项重要参数进行了深入分析，对其控制方式进行了重新的设计。某扩建工程的实例验证表明，所设计的控制策略不仅保证了集中供热机组全自动化控制，而且控制组态简单，通用性强，可广泛应用于大型城市集中供热机组。
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  基于闭环辨识的 H_∞-PID 热电功率回路参数整定

  肖华, 王亚刚, 张伟

  控制工程. 2021, 28(4): 821-826. https://doi.org/10.14107/j.cnki.kzgc.20180752

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  提出了基于闭环频域辨识模型的鲁棒 H_∞-PID 参数整定法，并介绍了该方法在解决热能电厂一次调频功率振荡中的应用。该方法相较于常用的经验试凑法和 ZieglerNichol 整定法，既能保证控制回路具有良好的抗干扰性，又能保证系统的动态特性。利用该方法对闭环模型进行设定值阶跃扰动实验，通过多次迭代运算对系统频率响应特性进行 辨识，构建过程对象模型，然后在内模控制基础上结合 PID 鲁棒控制，进行参数的整定。热能电厂实际应用情况表明，该方法能有效地解决机组一次调频功率振荡问题，能较好地克服发电过程的内外扰动。