控制工程

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杨辉, 王颖, 陆荣秀, 朱建勇

控制工程. 2021, 28(7): 1273-1280.

摘要 ( )

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针对稀土萃取过程具有工况复杂、非线性、大滞后的特点以及自动化生产水平低的问题，提出一种具备比例-积分特征的多变量预测控制策略(PI-GPC)。首先运用具有时序特征的 Elman 神经网络描述稀土萃取非线性过程模型，在此基础上，综合考虑比例积分控制的反馈结构和广义预测控制的预测功能，实现对萃取剂流量以及洗涤剂流量等的优化控制。最后，基于萃取对象实际工况特点采集的动态数据，通过对本文方法与传统 GPC 的仿真对比试验，表明本文提出的控制方法对稀土萃取过程关键工艺参数具有超调量小和调节速度快的优点，可为稀土萃取过程实施自动控制提供技术支撑。

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自适应滑动平均与小波包分解平抑风电波动

陈裕, 张怡, 谢俊峰

控制工程. 2021, 28(7): 1281-1288.

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为了平抑风电场输出功率的波动，提出用磷酸铁锂电池和超级电容组成混合储能系统配备在风电场，使并网功率波动性降低。首先，分析不同情况下风电出力的历史数据，在满足风电输出功率并网波动标准的前提下，对风电场的输出功率进行自适应滑动平均分解，得到并网功率和混合储能功率。其次，对混合储能功率进行小波包分解，得到低频功率信号和高频功率信号，分别由锂电池和超级电容进行平抑，实现混合储能内部的功率分配。算例分析表明，所提方法能够自适应地对不同场景下风电场输出功率进行分解，确保混合储能内部功率分配合理，使混合储能系统的使用时间更长，对平抑风电场输出功率的波动起到至关重要的作用。

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参数不确定四容液位自适应扰动补偿控制

许涛, 于海生, 于金鹏

控制工程. 2021, 28(7): 1289-1296.

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针对具有参数不确定和集中扰动的四容液位耦合控制系统，提出一种自适应参数及扰动补偿控制方法。基于端口受控哈密顿原理，设计了自适应参数和扰动补偿机制，有效减少了因参数不确定和集中扰动造成的影响。为实现控制的鲁棒性并减小计算复杂度，提出一种分解-综合法设计参数估计向量。仿真结果验证了该方法的有效性。

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网络化不确定模糊时滞系统的切换 H_∞控制

孙娟, 刘毅, 李国燕, 潘玉恒

控制工程. 2021, 28(7): 1297-1307.

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在网络环境下，考虑网络传输时延和外界干扰输入的影响，基于模型依赖平均驻留时间方法研究一类不确定模糊时滞系统的切换 H_∞控制问题。首先，基于模型依赖平均驻留时间方法，提出系统状态反馈控制器及切换策略的设计方案。进一步，通过多Lyapunov 函数方法求解一组线性矩阵不等式，给出满足系统指数稳定且具有 H_∞性能指标的充分条件。最后，通过数值仿真例子验证所提方法的有效性和可行性。

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基于 Smith 变论域模糊自适应 PID 蒸发源温度控制

贺自名, 牛江川, 张静

控制工程. 2021, 28(7): 1308-1314.

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在电阻加热式真空蒸发镀膜过程中，需要通过对蒸发源的温度进行控制从而实现蒸发速率的控制。针对真空镀膜系统中蒸发源的温度变化具有非线性、时变性和滞后性的特点，提出了一种基于 Smith 预估的变论域模糊自适应 PID 的改进控制算法。基于改进的差分进化算法辨识真空镀膜温控系统的传递函数，结合变论域模糊自适应 PID 算法和比例控制构成分段控制模型。最后利用 MATLAB 进行仿真验证，结果表明，相较于 Smith 预估控制和模糊自适应 PID 控制算法，改进后的算法具有调节时间短、超调量几乎为零、无稳态误差等特点，对电阻加热式真空镀膜温控系统具有较好的自适应能力。

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煤改电背景下配网电压优化控制策略研究

杨露露, 张红斌, 陈平, 李香龙

控制工程. 2021, 28(7): 1315-1320.

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针对煤改电背景下大量采用电采暖设备的情况，分析了电采暖设备的典型工作原理和用电特性，研究了大规模采用电采暖设备情况下的电压调节原理，提出了一种基于智能启停调节的电采暖设备控制策略，该策略以电压偏差最小为目标，并在满足用户采暖需求条件下，为各电采暖设备设定启停条件，根据智能启停调节控制电采暖设备的启停。通过某实例表明，所提策略可有效降低低压配电网运行电压偏差。

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基于电压反馈的 PMSM 电流采样误差消除方法

王虎, 应忠德, 陈明亮

控制工程. 2021, 28(7): 1321-1327.

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永磁同步电机的矢量控制中，电流采样的误差会引起转速和转矩的脉动，需予以消除。变频器通常采用相电阻采样，各相电流的幅值变化规律一致，故幅值间的不一致可以预先离线标定出来。但电流采样中的零漂随着供电而变化，需要在线消除。由于电流环的控制作用，尽管实际电流存在误差，用于反馈的采样电流很可能接近正弦，此时利用采样电流本身进行误差消除就十分困难。为此，推导了 αβ 轴电压与三相电流零漂的关系，通过电压中的直流分量来体现相电流中的零漂分量，进而设计了电压反馈模块，用以估计和消除相电流中的零漂。所提方法简单易行，实验结果表明该方法能消除电流采样中的误差，应用该方法的控制系统能有效减小转速波动。

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染色生产中色花与色差质量预测概率模型

周丽春, 罗孝雯, 金福江, 王珏

控制工程. 2021, 28(7): 1328-1333.

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为了提高织物染色产品的质量，分析企业的生产数据建立染色生产中色花和色差的质量预测概率模型。首先，对实际的染色过程进行研究，详细分析染色生产过程的每一环节，并且利用串联结构模型描述各影响因素之间、因素与各环节之间，各环节与最终染色质量之间的关系。在此基础上利用概率论的相关知识建立更为准确的质量预测模型，通过串级结构模型对染色质量进行分析，预测出染色生产中质量不合格的概率，并用实际生产数据验证了该模型和方法的有效性。

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基于改进粒子群算法的高铁列车动态调度

林博, 俞胜平, 刘子源, 代学武, 崔东亮, 韩忻辰

控制工程. 2021, 28(7): 1334-1341.

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高铁列车易受到恶劣天气、设备故障、异物入侵等突发事件的影响，导致列车无法按照初始调度计划运行而出现列车晚点。针对高铁列车晚点动态调度问题，引入调整策略控制参数，以列车总晚点时间最小和列车总晚点数量最少之和为目标，建立了高铁列车动态调度非线性规划模型。为提高求解效率，利用动态变化不可行解比例控制参数，提出基于双适值的改进粒子群算法。以南京南到沧州区段实际运行数据为例，将所提粒子群算法与基本粒子群算法、改进遗传算法进行了比较，仿真结果表明了所提算法的优越性。在此基础上深入研究了调整策略控制参数为固定值和动态变化值时的粒子群算法优化效果，仿真结果表明调整策略控制参数值在权重随迭代次数前增后减情况下的求解效果最好。

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基于随机偏好序的废旧电子产品回收匹配

王世杰, 栾小丽, 刘飞

控制工程. 2021, 28(7): 1342-1347.

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针对废旧电子产品回收流程中分拣中心和拆解企业的匹配依然靠人工操作的问题，考虑不同种类评价指标下的双边满意度，提出基于随机偏好序的混合多指标双边匹配策略。首先在已有匹配算法基础上采用随机偏好序指标权重分配方法，对不同种类的指标进行评价；进一步引入软约束和硬约束对匹配主体进行初步筛选；最后通过计算双方满意度值矩阵，建立多目标优化模型并求解得到匹配结果，实现了分拣中心与拆解企业的自动匹配。仿真和对比分析表明了算法的可行性和实用性。

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时滞不确定离散系统的滑模预测控制

吴晓丽, 陈志梅, 赵志诚

控制工程. 2021, 28(7): 1348-1353.

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针对一类具有状态变时滞和不确定性扰动的离散系统，给出一种基于新型参考轨迹的滑模预测控制算法。首先，利用线性滑模函数构造了预测模型，结合双幂次函数设计了新型参考轨迹。然后，根据预测控制理论定义了性能指标函数，通过反馈校正和滚动优化技术得出了无约束情况下的最优控制律，并且证明了系统的稳定性。最后，仿真结果表明，相对于传统幂次函数设计的参考轨迹，算法在处理变时滞和参数摄动上具有良好的效果，不存在抖振，具有强鲁棒性，控制性能更优。

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一种分布式系统的孤岛微电网无功功率分配算法

龙英文, 陈洁, 余粟

控制工程. 2021, 28(7): 1354-1359.

摘要 ( )

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微网孤岛模式下由于线路阻抗分布不均衡，非线性负载等因素都会极大影响分布式电源(DG)对无功功率的分配控制，容易发生过流和过载故障从而降低供电可靠性。为此，依据分布式智能代理系统理论，把分布式电源看作智能代理，采用一阶动力学离散迭代方程依据状态估算误差设计通讯触发条件。通过李雅普诺夫稳定性分析方法提出一种基于分布式智能代理系统的孤岛微电网无功功率分配策略。最后通过 MATLAB 仿真验证了所提控制算法在微网孤岛模式下控制无功功率分配的有效性和可行性。

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基于高斯过程的软体机器人微分运动学控制

沈逸, 樊耕霖, 唐秀川, 董云龙, 邓礼楠

控制工程. 2021, 28(7): 1360-1365.

摘要 ( )

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近年来，软体机器人因其在人体等受限环境中表现出了相对刚体机器人更好的运动连续性和柔顺性而广受关注。然而，软体机器人没有刚体关节，无法采用刚体机器人领域中成熟的刚体关节建模和控制方法。首先，采用高斯过程对真实驱动空间到虚拟驱动空间的非线性映射进行辨识；然后，通过链式法则建立了从虚拟关节空间到任务空间的映射，构建了软体机器人真实驱动空间到任务空间的正逆运动学模型；最后，提出了一种基于逆运动学模型的闭环控制策略。并且通过实验验证了所提出的软体机器人建模和控制算法的有效性。

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基于级联模糊系统的兵棋进攻关键点推理

张可, 郝文宁, 史路荣, 余晓晗, 邵天浩

控制工程. 2021, 28(7): 1366-1374.

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帮助兵棋 AI 学习兵棋推演中专家（人类指挥员）的知识和经验，有望提升其智能程度。在前期对兵棋专家知识进行分析归纳的过程中发现，专家知识中包含一类重要且使用频繁的隐性知识——作战任务规划关键点。以这些关键点为抓手，可以为兵棋 AI 的作战行动分配以及作战方案的制定增加可行性，进而提高其智能水平。以兵棋推演中的进攻作战任务为例，在对专家知识进行分析综合的基础上，利用级联模糊系统对模糊的态势信息进行推理，提取出进攻任务中的关键点。仿真结果表明采用的级联模糊推理系统可以较好地挑选出进攻任务中不同作战单元的关键点。

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基于步态识别的跨场景多目标跟踪算法

高毅

控制工程. 2021, 28(7): 1375-1381.

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跨场景多目标跟踪算法在刑事侦查、安防监控、无人零售以及智能交通等领域有着重要应用。针对跨场景多目标问题介绍了一种基于步态识别的多行人目标跨场景跟踪方法。提出了基于时空定位卷积的步态识别算法，并设计了基于步态识别的跨场景多目标跟踪系统。提出了时空定位卷积结构，通过在卷积层中加入当前目标轮廓的时序信息以及空间信息，提高了步态识别算法的时序感知以及空间感知能力。在此基础上设计了跨场景多目标跟踪流程，搭建了基于步态识别的跨场景多目标跟踪系统。实验结果表明，所提步态识别算法具有较好的准确性，跨场景多目标跟踪系统同样较为可靠。

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基于模糊和反步算法的 EHA 力控制

李杰, 田俊

控制工程. 2021, 28(7): 1382-1389.

摘要 ( )

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为提高电动静液作动器(EHA)的控制性能，提出了一种基于模糊控制和反步控制的复合控制策略，首先分析了电动静液作动器(EHA)的结构组成与工作原理，并建立了数学模型，然后将反步控制应用于力控制外环，模糊 PI 控制应用于电机转速控制内环，并对系统进行仿真分析，比较了模糊反步复合控制与双环 PID 控制的性能。结果表明所提控制算法具有较强的抗干扰能力与鲁棒性。

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四旋翼无人机预测-PID 复合控制研究

汪震东, 张艳

控制工程. 2021, 28(7): 1390-1397.

摘要 ( )

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针对四旋翼无人机(UAV)系统的高阶次、多变量、强耦合的欠驱动性，为实现四旋翼无人机的有效控制，通过受力分析对四旋翼无人机控制系统进行动力学建模得到非线性动力学模型，并对非线性模型进行线性化处理得到四旋翼无人机系统各个通道的传递函数。结合模型预测控制(MPC)和传统 PID 控制设计了以误差为切换条件的预测-PID 复合控制器。搭建了预测-PID 复合控制仿真模型并模拟外界干扰进行仿真，实验结果验证了以预测-PID 复合控制算法对四旋翼无人机系统控制的快速性、稳定性以及准确性。

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基于无线输电的小型无人机位置控制研究

陈海峰, 冯春霖, 应国德, 高群, 曹杰, 崔粲

控制工程. 2021, 28(7): 1398-1408.

摘要 ( )

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由于无线输电技术的迅速发展，将无线输电与无人机相结合的研究也在逐渐开展。英国帝国理工的课题组已可以使小型无人机在仅用充电线圈供电下，距地飞行 12 cm。由于未对无人机进行控制，该课题组使用细线限制了无人机的飞行范围。现阶段对于无线输电与无人机的结合多集中于输电电路的研究而较少涉及位置控制技术，故尝试对无线输电条件下的无人机位置控制进行研究，使用六轴惯性传感器与光流里程计相结合的方法对无人机的位置进行控制，以实现无线输电条件下无人机较为稳定的悬停。

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基于跳数加权与跳距优化的 3D-DVHop 定位算法

张晶, 罗施章, 付鑫, 保峻嵘, 徐亮

控制工程. 2021, 28(7): 1409-1415.

摘要 ( )

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为降低定位成本及计算量，在三维空间中常使用无需测距的 3D-DVHop 算法定位节点，而算法自身对跳数与跳距计算产生的误差会导致无法有效降低平均定位精度值，为此提出一种基于跳数加权与跳距优化的 3D-DVHop 定位算法，利用节点接收与传送的RSSI 值有所差异，将两者商值作为跳数权值用以优化跳数值。结合跳数值使用算术平均法计算平均跳距，对所得平均跳距值采用最小均方误差和无偏估计进行优化处理，使得后续节点间的距离值计算更为精确，从而达到降低节点平均定位精度值的目的。

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考虑 LTE 信道干扰物理下行链路多目标功率优化

胡静波, 王欢

控制工程. 2021, 28(7): 1416-1422.

摘要 ( )

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该模型针对控制通道的小区间干扰协调对于区域控制资源消耗分析的重要性，重点改进了小区间干扰协调所产生的峰值信噪比平均分布的尾部，减少了控制资源的平均消耗。同时，引入多目标差分进化算法，采用可变参数动态调整策略进行多目标优化算法的性能改进，并对长期演进的蜂窝网络的下行链路进行优化，实现了模型功率优化性能提升。最后，通过在标准测试函数上的实验对比，验证了算法的有效性，并将其应用在 LTE 信道干扰的物理下行链路多目标功率优化中，实现了应用性能提升。

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基于遍历异或运算的 RFID 移动认证协议

卢爱芬

控制工程. 2021, 28(7): 1423-1429.

摘要 ( )

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针对基于 PUF 设计的移动认证协议进行安全性分析，指出协议存在的不足，并在该协议基础之上，提出一个改进的移动认证协议。所提协议摒弃用 PUF 加密算法，采用一种创新型的遍历异或运算对信息加密，遍历异或运算基于位运算实现，能够在极大程度上降低系统的整体计算量；遍历异或运算根据加密参数的汉明重量值进行不同方式的按位异或运算，攻击者破解难度增大；同时协议优化通信过程，避免出现无谓的计算操作。将不同的协议进行对比，结果表明文中协议具备较高的安全性及较低的整体计算量。

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一阶非线性系统单目标动态跟踪与围捕控制

茹心锋, 刘伟峰, 田正旺

控制工程. 2021, 28(7): 1430-1436.

摘要 ( )

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针对一阶非线性系统的单目标动态跟踪与围捕控制问题，提出了一种联合跟踪与围捕算法：跟踪过程采用序列多假设跟踪算法(SMHT)，在杂波环境中获得目标状态估计后，基于一致性理论设计了一种控制器实现多智能体系统对单目标动态围捕，把系统一致性问题转化为误差稳定性问题，利用代数图论、矩阵理论和 Lyapunov 稳定性分析的方法,得到了多智能体系统和动态单目标误差趋于常数的条件。仿真实验表明该联合跟踪与围捕算法使多智能体系统形成并保持一个固定编队围捕动态目标，实现了多智能体对单目标的动态跟踪与围捕。

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基于改进 BP 神经网络的室内环境热舒适度预测与分析

王晓辉, 刘静蕾, 边会娟, 王佳玏

控制工程. 2021, 28(7): 1437-1445.

摘要 ( )

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在智能家居环境下，为满足用户对室内环境热舒适度的要求，对室内设备实施精准控制，对室内环境的热舒适度指标进行了预测分析。为提高数据质量，首先利用 K-means聚类算法对实验数据进行处理；其次，为摆脱初始阈值与权值的随机性对模型预测精度带来的负面影响，而导致预测结果陷入局部最小，提出采用遗传算法优先寻找模型最优的初始阈值与权值，然后基于 BP 神经网络建立预测模型，对室内环境热舒适度进行预测，已有的实验数据证明预测效果良好。研究成果表明，系统能够根据当前热环境状况，自动改变控制策略，调整被控设备的运行状态，使得智能家居室内热环境保持在舒适、稳定且平衡的最佳状态。

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异步电机能效建模与评级方法研究

李明江, 马立新

控制工程. 2021, 28(7): 1446-1450.

摘要 ( )

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为了研究电机在非工况下运行时的能效水平，依托相关国家标准，提出了一种基于 GA-SVM 的电机能效评级模型。首先从电能质量，电机本身特性以及负载特性等角度考察了影响电机能效的因素。接着引入了能效等级概念，形成了多指标评价下的电机能效评估体系。运用 GA-SVM 方法进行模型训练，最终的仿真结果表明该方法能够准确给出在不同工况下电机所处的能效等级，为非工况下电机的能效评定提供了一种新方法。

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永磁真空断路器同步控制关键技术的研究

王玉梅, 李国锴

控制工程. 2021, 28(7): 1451-1459.

摘要 ( )

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为了提高相控开关投切精度，更好抑制产生的过电压和涌流，针对断路器同步控制关键技术中的短路电流过零点预测和操动机构动作时间预测进行了研究。根据短路故障电流的一般表达式，利用自适应的最小均方算法求得其特征参数，预测电流过零点时刻,预测误差 0.4 ms，满足同步分断的精度要求且实时性好。提出云遗传算法优化 BP 神经网络，云理论优化遗传算法的交叉和变异概率，云遗传算法优化网络的初始权值和阈值，在保证全局寻优的高可靠性并加速收敛的基础上，建立不同环境温度和控制电压下预测机构动作时间的数学模型。经仿真分析对比，各项误差均有减少，该方法可行。

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基于形变模型和随机照片集的人脸三维重建

周敏, 叶钧, 杨祥

控制工程. 2021, 28(7): 1460-1465.

摘要 ( )

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目前三维人脸重建方法很难得到人脸细节，较难适应于随机照片集，针对此问题，提出一种可以适应于无约束照片集的人脸重建方法。首先，通过联合特征点，采用三维形变模型(3DMM)来生成个性化样本，在联合朗勃照片渲染公式中解决了光度立体；然后，提出一种关联性测量来权重人脸各个部分的影响，在法线估计和表面重建中交替进行由粗到精的处理，得到人脸三维模型。实验使用合成数据和真实数据集进行性能测试。结果表明，所提方法可以重建详细的个人三维人脸模型，模型精度比其他方法更加精确；并在一定程度上提高了计算效率，可适用于无约束的照片集。

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基于收敛性分析的偏差粒子群算法及 PID 仿真应用

张伟, 谢源海, 王亚刚

控制工程. 2021, 28(7): 1466-1473.

摘要 ( )

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基于对粒子群算法(PSO)的收敛性分析，对粒子群算法做出改进。主要解决粒子群算法的早熟、不收敛等问题，并成功将算法应用于控制过程中不稳定对象的比例、积分、微分(PID)参数调节，取得较好效果。与修改前的粒子群算法相比，该算法不易早熟，算法结束时所有粒子均位于同一坐标下。经过 12 个测试函数测试，该算法的优化结果相较遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)、萤火虫算法(FA)、差分进化算法(DE)和混合萤火虫算法(HFA)更接近全局最优，且多次运行偏差较小。

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柔性关节机械手有限时间命令滤波反步控制

王冬冬, 赵林, 于金鹏

控制工程. 2021, 28(7): 1474-1482.

摘要 ( )

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针对不确定柔性关节机械手的跟踪控制问题，设计了一种自适应神经网络有限时间命令滤波反步控制器。该控制器在经典反步控制技术的基础上，采用有限时间命令滤波器克服了传统反步法在计算虚拟信号导数时存在的复杂计算问题，并进一步设计了误差补偿机制，有效地补偿了命令滤波器造成的滤波误差。利用神经网络对系统模型中的不确定动态进行逼近，最终通过李雅普诺夫方法证明了所提出的控制方法能保证关节位置跟踪误差在有限时间内收敛到期望的邻域内，且闭环系统内的信号都在有限时间内有界。通过数值模拟验证了该方法的有效性。

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基于特征适应度分析的剩余寿命预测方法及应用

陈长骏, 王凌, 钱霖泽, 褚永华, 王志康, 张鞠成

控制工程. 2021, 28(7): 1483-1489.

摘要 ( )

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针对地铁车辆客室电动塞拉门传动装置润滑不良的问题，提出了一种基于特征适应度分析的剩余寿命预测方法。该方法首先采集电机工作电流提取各时域特征，分析各劣化特征间的关联性，得到特征关联矩阵及相对关联权重，然后利用劣化评价指标分析各特征自身劣化过程的固有特性，通过构建特征混合适应度函数筛选最优劣化特征子集。最后，根据润滑不良故障的退化特性建立劣化模型，利用最优特征的历史数据初始化模型参数，结合粒子滤波算法递推更新模型参数实现后续剩余使用寿命在线预测。实验结果表明，在电动塞拉门丝杆润滑不良故障的剩余寿命预测中，该方法选取的最优特征较其他特征具有更好的预测精度及鲁棒性。

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基于 GA-BP 预测控制的燃煤机组脱硝系统优化研究

王富强, 李晓理, 于学斌

控制工程. 2021, 28(7): 1490-1495.

摘要 ( )

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针对燃煤机组脱硝系统 NO_x被控对象存在大延迟、非线性的问题，综合考虑燃煤机组运行特性和脱硝系统工艺流程，对机理模型在变负荷过程中的特性进行分析和研究。以机理模型作为研究对象，通过 BP 神经网络建立脱硝系统出口 NO_x浓度的控制模型。将遗传算法(GA)和模型预测控制理论相结合，实现脱硝系统出口 NO_x浓度的神经网络模型预测控制。与传统的 PID 控制方法比较，所提方法具有更高的口 NO_x浓度控制品质，降低了控制动态过程中的氨逃逸率。

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微网逆变器 VSG 离并网切换及故障处理

季宇, 苏剑, 丁保迪, 吴鸣, 熊雄, 胡转娣, 魏大钧, 李浩昱, 郑雪梅

控制工程. 2021, 28(7): 1496-1504.

摘要 ( )

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在微网中，虚拟同步发电机(VSG)技术通过模拟同步发电机的运行机理，实现分布式电源的友好接入并提高电力系统稳定性。然而，VSG 逆变器在由离网切换至并网运行模式的瞬间存在较大的冲击电流。为此，提出一种预同步控制策略来解决这个问题。首先介绍 VSG 控制策略的原理，分析其离网向并网切换时产生冲击电流的原因，在此基础上对基于 PLL 技术的 VSG 逆变器预同步并网控制策略进行设计，包括频率补偿和幅值补偿两部分，以实现单台 VSG 逆变器离并网的无缝切换。在此基础上实现了多台不同容量 VSG逆变器的功率分配及预同步策略，并考虑了在电网出现负载不对称故障下的控制策略。最后通过 MATLAB/Simulink 进行仿真验证。

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2021年, 第28卷, 第7期　
刊出日期：2021-07-20

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