控制工程

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马立新, 汤浩, 唐继旭

控制工程. 2022, 29(1): 1-9.

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为了降低含冷、热、电、气负荷多能互补微网的运行成本，并解决在传统控制方法下微网系统耗能大、响应慢及稳定性差等问题，提出了一种基于最短距离的 CCHP 系统混合控制策略。首先从系统运行经济性、稳定性和环保角度建立微网综合能源模型，结合传统控制方式建立4个运行场景，采用主副协同动态粒子群算法进行优化。实验结果表明，该控制策略在优化结果中的经济性及优化效率综合最优，为电力用户提供了一种经济、安全、高效的控制策略，具有良好的工程实用性。

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基于 mRMR 和 VMD-AM-LSTM 的短期风功率预测

杨宇晴, 张怡

控制工程. 2022, 29(1): 10-17.

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为了提高模型预测风功率的准确率，提出了一种基于最大相关-最小冗余筛选、变分模态分解、注意力机制和长短期记忆神经网络的短期风功率预测方法。首先使用变分模态分解算法将风功率序列分解成几个中心频率不同的分量；再对各个分量结合最大相关-最小冗余筛选出的气象特征分别建立注意力机制和长短期记忆混合预测模型；最后将各个分量的预测结果叠加，得到最终的风功率。实际算例表明，与其他几种模型对比，所提预测方法准确率明显提升。

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一种下肢康复机器人步态的生成与调节方法

王晓峰, 梁亮

控制工程. 2022, 29(1): 18-26.

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针对下肢康复外骨骼机器人康复训练参考步态的标准化设计，对平地行走、上楼梯和下楼梯等不同情境下的步态轨迹的设计问题进行研究，提出了由无线惯性传感器采集人体步态，利用基于关键点的步态生成与调节方法，得到了融合过渡过程的参考步态曲线。利用得到的参考步态曲线指导下肢康复外骨骼式机器人辅助人体在平地行走、上楼梯和下楼梯等情景下进行康复运动训练。实验结果表明，该算法生成的参考步态曲线符合人体运动规律，过渡过程连贯平顺，可以应用于下肢康复外骨骼机器人的步态训练中。根据该算法开发的步态设计与仿真程序，方便了不同类型人体的步态设计，为今后下肢康复外骨骼机器人步态的研究和优化提供参考。

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基于分岔理论的永磁同步电机有限时间混沌控制

戴磊, 魏海峰, 李洋洋, 张懿, 李垣江

控制工程. 2022, 29(1): 27-32.

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永磁同步电机运行系统具有不稳定的分岔特性，随着系统参数的变化，系统会在平衡点处发生分岔行为。首先，基于分岔理论构建了永磁同步电机的混沌模型。其次，通过研究系统的分岔参数，分析了系统在平衡点处的分岔特性，发现系统在零平衡点处会产生静态分岔并出现新的平衡点，随着参数的继续变化，系统在新的平衡点处发生连续的Hopf分岔，而连续的Hopf分岔行为使得系统进入混沌状态；再基于有限时间稳定性理论，构建了一种有限时间控制器对系统进行混沌控制。最后通过仿真，验证了系统在加入控制器后会在有限的时间内迅速达到Lyapunov稳定，并且具有良好的鲁棒性和快速的动态响应。

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移动机器人路径规划的模糊人工势场法研究

刘翰培, 王东署, 汪宇轩, 罗小川

控制工程. 2022, 29(1): 33-38.

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静态环境下的路径规划是移动机器人领域非常重要的研究课题。人工势场法由于算法简单、计算量小、运算速度快、实时性好等特点，在移动机器人路径规划中得到了广泛应用，但人工势场法也存在目标不可达和局部极小值问题。针对人工势场法存在的不足，将模糊控制思想引入到移动机器人的路径规划中来，对移动机器人的偏转角进行精确控制。仿真实验结果证明了所提方法的有效性。

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基于神经网络观测器的飞行器传感器故障检测

王雯, 王日俊, 张健, 闫根弟

控制工程. 2022, 29(1): 39-45.

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为了避免传感器故障对飞控系统的影响，实现传感器故障的快速检测与隔离，提出了一种基于神经网络观测器(NNOB)的传感器故障检测方法。在建立四旋翼飞行器姿态故障模型的基础上，利用非线性观测器得到的期望输出和传感器测量值设计基于神经网络(NN)的传感器故障观测器，利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)更新神经网络的权值参数，通过 Lyapunov 理论证明权值参数更新的收敛性，最终构建出一种基于神经网络观测器的传感器故障检测系统。数值仿真实验结果表明，与现有神经网络故障检测方法相比，所提方法具有更高的故障检出率与更好的跟踪性能。

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一种改进的永磁同步电机分数阶速度控制器

何栋炜, 陈钟臻, 刘丽桑, 陈健, 林杭彬, 黄靖, 李建兴, 蒋学程

控制工程. 2022, 29(1): 46-53.

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为了实现永磁同步电机伺服系统的高性能速度控制，针对现有分数阶 PI(FO-PI)控制器设计中存在的截止频率有效范围有限的问题，在频域设计的基础上，提出一种改进的分数阶控制器，在 FO-PI 基础上引入校正传递函数，保持分数阶控制性能的同时拓展控制器截止频率的选取范围，并设计三维作图法实现改进控制器的参数整定。最后通过仿真实验来验证改进分数阶速度控制器的有效性。仿真实验结果表明，所提出的改进分数阶速度控制器可以满足更高截止频率的要求，较传统 FO-PI 及整数阶 PI 控制器，可以提高速度控制的跟踪性能、动态性能和抗扰动性能。

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基于多摄像头和一致性子集的乒乓球跟踪方法

李云, 侯力, 刘立华, 徐伟

控制工程. 2022, 29(1): 54-60.

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乒乓球运动具有高速性，所以乒乓球跟踪必须满足低延迟和高采样率。为此，提出了一种基于最大一致性子集的乒乓球机器视觉跟踪方法。首先，使用启发式算法寻找目标像素的集合，确定乒乓球的位置；然后，为了纠正启发式算法可能的错误报告，移除离群点，对不同相机所报告的位置进行最大一致性检查，找到并丢弃在目标检测阶段中得到的错误位置；最后分别在仿真环境和现实机器人平台上对所提方法进行评价。与 RTBlob等系统相比，所提方法的跟踪准确度更高，对离群点的鲁棒性更优。此外，随着相机数量的提升，所提方法的准确度和鲁棒性也会增加。

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基于干扰观测器的解耦快速终端滑模控制

杨光宇, 陈思溢, 黄辉先

控制工程. 2022, 29(1): 61-69.

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针对一类欠驱动系统跟踪控制问题，提出了一种基于非线性干扰观测器的全局解耦快速终端滑模控制(NDODGFTSMC)策略。将欠驱动系统分解成两个子系统分别设计全局快速终端滑模面，利用其中一个子系统滑模面的符号函数来构造中间变量，并将该变量引入到另一个子系统的滑模面中，构造出整个系统的滑模面，采用等效控制法和模糊双幂次趋近律求解系统的控制律。同时为了消除系统扰动对控制效果的影响，设计了一种双曲正切非线性干扰观测器对系统干扰进行估计并补偿给控制器。利用 Lyapunov 稳定原理证明了系统滑模面的渐近稳定性。将该方法应用于小车倒立摆系统的控制中，仿真结果验证了其有效性及优越性。

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一类不规则损失输出数据系统的自校正 PID 控制算法

丁少华, 刘艳君, 肖永松

控制工程. 2022, 29(1): 70-75.

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针对输出误差模型描述的不规则损失输出数据系统，提出一种自校正 PID 控制算法。首先结合辅助模型辨识思想和最小二乘原理设计参数估计器，在线估计系统参数，并设计一个损失输出估计器来估算采样间损失输出，使控制系统得到一个具有与期望输出相同采样周期的反馈信号；再根据系统参数的估计值实时调整自校正 PID 控制器参数，使系统实际输出跟踪期望输出，实现自校正 PID 控制。仿真结果验证了该算法的有效性。

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上肢康复机器人等速运动控制算法的研究

陈密杰, 王钰

控制工程. 2022, 29(1): 76-82.

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等速运动康复的目标是保证人的手臂在用不断增加的力矩驱动机械臂转动时，机械臂转速始终被控制在预设值不变，且人机的肩关节轴要动态对齐。针对上述要求，通过采集机器人关节伺服电机电枢绕组中的电流值和转子的转速，确定外力矩、电机力矩和转速之间的关系，据此建立等速运动控制算法，并以人手臂肩关节的屈展角度为变量，找出机器臂肩关节轴在高度方向对齐人肩关节轴的函数关系，进而建立了考虑速度和位置双重因素下的人机肩关节轴动态对齐控制算法。通过将上述控制算法用于实物样机的控制，证明了控制算法的正确性。该研究为控制上肢等速运动康复提供了参考。

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内置式永磁同步电机低噪声控制策略研究

马志林, 高梦迪, 刘从虎, 王楠

控制工程. 2022, 29(1): 83-90.

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针对采用最大转矩电流比控制策略的内置式永磁同步电机，由于受到电流谐波的影响，导致其径向电磁力成分复杂和越来越突出的电机振动噪声问题，从考虑电流谐波影响的径向电磁力产生机理出发，提出一种基于谐振调节器的电机噪声抑制的方法。该方法根据谐振调节器在特定谐振频率处的增益为无穷大，结合 PI 调节器可以较好地抑制电流谐波，削弱径向电磁力，降低内置式永磁同步电机的振动噪声。仿真实验结果表明，所提方法能够有效地削弱电磁径向力，降低电机振动噪声。

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移动机器人轨迹跟踪快速终端滑模自抗扰控制

江道根, 吕龙进, 潘世华, 李均恒

控制工程. 2022, 29(1): 91-100.

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针对移动机器人动力学模型难以精确建立、运动过程中各种干扰对高精度轨迹跟踪造成偏航等问题，构造出一种快速终端滑模自抗扰控制器，实现了高速高精度轨迹跟踪控制目标。首先建立非完整移动机器人的干扰控制模型；然后运用扩张状态观测器实时监测系统未建模动态与各种干扰；同时将扩张状态量和系统反馈量作为快速终端滑模算法的系统变量；最后设计出一种快速终端滑模控制律，代替传统自抗扰算法中的非线性控制律，从而实现位姿的快速精确跟踪。该算法既克服了非线性误差控制律中参数繁杂不易整定的缺陷，又增强了系统鲁棒性和轨迹跟踪的动态品质。对比仿真实验验证了该控制算法的有效性和先进性。

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PMSM 驱动机器人的 FSMC 与 EPCH 协同控制

尚玉亮, 于海生, 吴贺荣

控制工程. 2022, 29(1): 101-108.

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单独一种控制方法难以使机器人末端快速、准确地跟踪位置变化，针对这一问题，提出了模糊滑模(FSMC)信号控制与误差端口受控哈密顿(EPCH)能量控制的协同控制策略。 FSMC 解决了系统动态时的快速性问题， EPCH 控制解决了系统稳态时的准确性问题。设计了基于误差的协同函数，利用协同函数来实现对机器人关节系统的协同控制，使机器人关节位置伺服系统在有、无负载两种情况下，既能够实现动态位置的快速调节，又能够实现稳态时的高精度跟踪控制。仿真实验表明，采用 FSMC 与 EPCH 协同控制的方法，系统实现了动态响应速度快、稳态位置跟踪准确的目标。

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Markovian 跳变不确定分布参数系统随机稳定性分析

李延波, 陈超洋, 欧阳, 卜子云

控制工程. 2022, 29(1): 109-113.

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研究了一类具有 Markovian 跳变的不确定分布参数系统的随机稳定性问题。基于线性矩阵不等式方法，通过构造适当的随机 Lyapunov 泛函，计算弱无穷小算子，利用Green 公式及 Schur 补引理，系统随机稳定的充分条件以一组线性矩阵不等式给出。线性矩阵不等式很容易通过 MATLAB 中的 LMI 工具箱进行求解。该充分条件便于工程实际应用。最后，构建仿真模型验证了该方法的有效性。

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磁耦合谐振式无线传能系统输出电压 GSSA-MPC 控制

陈伟华, 邢鹏亮, 闫孝姮

控制工程. 2022, 29(1): 114-120.

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针对磁耦合谐振式(MCR)无线传能系统中负载变化引起输出电压实时调节的需求，以全桥 LCCL 系统为研究对象，提出了一种基于状态方程的模型预测控制器(GGSAMPC)。通过广义状态空间平均法(GSSA)对全桥 LCCL 系统建立等效电路方程并将原副边电压电流进行傅里叶变换，建立了 MCR 系统的动态状态空间模型；为了加快求解速度，将控制器中的最优化问题转化为求解极小值的二次规划问题，利用有效集法求解有约束问题的二次规划。通过搭建仿真电路，在 80 kHz 频率下将负载值从 50 Ω 变为 25 Ω，将GSSA-MPC 控制器与经典 PID 控制器进行对比，仿真结果表明模型预测控制输出更为平滑、鲁棒性更好、调节时间比 PID 控制缩减 0.5 ms，控制精度提高 0.4%， GSSA-MPC 为磁耦合谐振式系统输出电压的调节提供了一种有效的方法。

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E+H 组合式过程测控装置及实时监控系统设计

易柯敏, 王雅琳, 徐德刚, 凌玉华

控制工程. 2022, 29(1): 121-128.

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Endress+Hauser(E+H)工业现场仪表广泛应用于石油、冶金、电力、生命科学等多个核心行业，具有可靠集成、精准测量、交互式数据管理等特点。为提高实验装置工业适用性，培养学生熟练运用工业级传感器和过程监控的操作技能，将这类传感器引入实验室，设计了一套 E+H 组合式过程测控装置与实时监控系统。系统以过程控制涉及的典型对象为基础，以 PLC 为控制主体，组合装配多类工业级 E+H 传感器完成检测与控制，并具备实时组态控制显示和远程可视化监控功能。可实现自主设计并完成工业过程中常见的液位、流量、温度、溶液 PH 等控制量的测控实验，为自动化、测控技术、传感器等相关专业课程提供综合实验平台。

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一种有序点云快速去飞点算法

罗国强, 左文涛, 陈家益

控制工程. 2022, 29(1): 129-136.

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在结构光高精度测量与生产线自动化结合的过程中往往要求实时性。为了有效提取测量物体的点云信息以及提高运算效率，利用面阵相机与投影仪像素点有序的特性，提出一种针对有序点云的快速去飞点算法。首先，根据点云数据估计投影矩阵，通过估计的投影矩阵把点云投影到一个像平面，然后基于滑动窗口把像平面上的每一个点最近邻搜索k 个临近点，最后根据概率阈值并行地统计分析某点的 k 邻近点，符合条件的作为飞点去除。该算法易于工程实现，简单有效。实验结果表明，该算法具有良好的点云滤波效果和计算效率。在一定条件下可以达到工业化测量的精度和速度要求。

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针对大时滞过程下的改进内模控制方法研究

刘青震, 汪思源, 王靖, 王文标

控制工程. 2022, 29(1): 137-142.

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针对工业过程中较难控制的大滞后系统，提出了一种改进内模控制方法。该方法首先引入滞后时间削弱环节来降低滞后对系统的影响，然后在设定值之后增加导引过渡过程解决系统快速性与超调之间的矛盾，最后再基于内模控制的原理设计控制器。该方法解决了传统 Smith 预估控制等方法在被控对象模型预估不准确的情况下很难取得较好控制效果的问题，并且在大时滞过程下较双口内模控制等改进内模具有更好的控制效果。最后将该方法与 PID-Smith 预估控制以及双口内模控制的控制效果进行对比。仿真结果表明，该控制方法可以有效地改善大滞后对象的控制效果，提高了系统的鲁棒性和抗干扰特性。

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基于 MW-KECA 与变量贡献 SVDD 的间歇过程故障检测系统

徐逸丰, 杨海麟, 孟繁松, 王鑫

控制工程. 2022, 29(1): 143-151.

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针对间歇过程的非线性和时变性特点以及故障易误报的问题，提出了一种将移动窗-核熵成分分析(MW-KECA)故障监测与基于变量贡献的支持向量数据描述(SVDD)故障诊断集合而成的故障检测系统。MW-KECA方法构建局部模型能有效处理数据的时变性，同时保留 KECA 优秀的非线性处理能力。故障诊断中以各变量对 CS 统计量-向量间角度关系指标的贡献作为输入数据来构建 SVDD 分类器，相较于原始数据，故障贡献能够突出同类相似信息和异类差异信息。通过青霉素发酵仿真实验，验证了检测系统在监测准确性与故障识别率上都有良好效果，证明了该检测系统的有效性。

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孤岛模式下 VSG 的转动惯量无模型自适应控制

邢通, 曹荣敏, 候忠生, 郑鑫鑫

控制工程. 2022, 29(1): 152-157.

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频率稳定是微网在孤岛模式下稳定运行的关键。由于传统下垂控制的转动惯量固定，当微网中接入时变负载时无法满足系统的频率稳定需求。针对传统控制方式的不足，提出虚拟同步发电机的转动惯量无模型自适应控制。首先，分析在孤岛模式下的传统虚拟同步发电机控制算法的角速度变化率的抑制效果和恢复时长；其次，设计无模型自适应控制器并证明控制算法的收敛性；最后，利用 MATLAB/Simulink 搭建虚拟同步发电机模型，通过对比几种转动惯量控制算法的实验波形，证明转动惯量无模型自适应控制算法能够有效改善微网的稳定性，并提高系统的动态性能。

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带 SOTC 的 FBTL-LLC 谐振变换器控制策略研究

何乐, 刘俊哲, 冯叶

控制工程. 2022, 29(1): 158-166.

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针对全桥三电平LLC谐振变换器(FBTL-LLC)在运行启动时负载容易发生跳变，而传统控制方法对该情况反应能力不足的问题，提出了简化最优轨迹控制(SOTC)与PI控制相结合的复合策略。即在负载突变时根据输出电流跳变量，调节开关管脉宽大小，使各状态变量值到达系统预期轨迹上，同时通过PI调节消除稳态误差，使系统快速达到新的稳态。在启动阶段基于简化最优轨迹控制，对输出电压进行检测及控制，优化变换器的启动性能。在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建仿真模型，仿真结果表明，所提控制策略能有效减少系统的响应时间，改善系统的动态性能，证明了此方法的正确性和有效性。

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带有欺骗攻击的分布式滤波器型迭代学习控制

乔伟豪, 朱凤增, 彭力

控制工程. 2022, 29(1): 167-174.

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研究了一类受欺骗攻击的离散系统的分布式滤波器型迭代学习控制，对于欺骗攻击的描述采用满足 Bernoulli 分布的随机序列，通过构造 Lyapunov 函数，导出滤波误差系统均方指数稳定且满足l₂ - l_∞ 性能指标的充分条件，设计受欺骗攻击的分布式 l₂ - l_∞ 滤波器，并通过线性矩阵不等式方法求解滤波器参数。给出分布式滤波器型迭代控制收敛的充分条件，通过仿真实例说明该设计方法的有效性。

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基于深度特征聚类和 RNN 的电网故障诊断

翁楦乔, 文成林

控制工程. 2022, 29(1): 175-181.

摘要 ( )

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针对传统方法难以利用大量时序数据和无标签数据对电网进行故障诊断的问题，提出了基于深度特征聚类和循环神经网络(RNN)的电网智能故障诊断方法。该方法首先利用卷积神经网络搭建起特征提取器来提取时序数据的高层特征，然后对提取的特征进行半监督聚类，为无标签样本获得对应的标签，从而可以确定无标签样本所属的故障类别并加以利用；然后将不同类型的故障样本经过采样算法采样后，使用循环神经网络搭建的分类器进行分类识别；最后通过数据仿真，验证了所提方法可以准确地对无标签样本赋予正确的类别标签，对多种故障类型具有良好的故障诊断效果，对比常用的分类方法，该方法具有更高的识别准确率。所提方法为深度特征聚类和 RNN 在电网故障诊断中的实际应用提供了参考。

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自适应局部核的最优邻域多核聚类

俞磊, 朱铮, 蒋超, 肖爽

控制工程. 2022, 29(1): 182-192.

摘要 ( )

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由于传统的多核聚类算法忽略了局部密度和过度限制学习最优核的表示能力，提出了一种自适应局部核的最优邻域多核聚类算法。首先通过选择不同数目的邻域构造自适应局部核，邻域之间的相似度由一个预定义的阈值下界进行度量。然后将构造的自适应局部核应用于多核聚类模型，同时放宽了最优核的刚性约束。最后在 6 个具基准数据集上验证了提出聚类算法的优越性和有效性。

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2022年, 第29卷, 第1期　
刊出日期：2022-01-20

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