控制工程

Select

于洋, 吴立豪, 张凤奇, 罗小川, 潘全科, 庞新富

控制工程. 2022, 29(4): 581-586.

摘要 ( )

可视化

钢坯的质量受坯壳厚度的影响，坯壳厚度的实时监测可帮助二冷控制系统提供更好的水量设定值。但钢坯生产过程复杂，直接测量坯壳厚度的成本较高，并且实现困难。针对该问题，提出了基于钢坯二维热传导模型的软测量方法。二维热传导模型的边界条件是影响软测量精度的重要参数，因此基于钢坯表面温度测量值，建立辨识边界条件的优化模型，提出改进的混沌粒子群优化(PSO)算法。仿真实验验证了，改进的混沌 PSO 算法在收敛速度和收敛精度上得到了提高。基于校正的二维热传导模型得到的坯壳厚度与射钉实验值很接近，软测量精度提高了 14.24%。

Select

基于小波降噪和 LSTM 的海参养殖氨氮预测

李先鹏, 吴若男, 王魏, 李双双

控制工程. 2022, 29(4): 587-592.

摘要 ( )

可视化

海参具有极高的营养价值和药用价值，水质环境对其产量有一定的影响。为了更好地调控水质，尽可能使海参生长在最佳状态，采用改进的小波降噪方法处理数据，建立长短期记忆(LSTM)神经网络模型对海参养殖环境中的氨氮浓度进行预测。实验分别采用多影响因素作为模型的输入，氨氮浓度作为输出，建立氨氮浓度与各水质因子之间的关系模型，实现氨氮浓度预测。实验结果表明，改进的小波降噪方法有效减少了噪声， LSTM神经网络模型在海参养殖水质预测中效果显著。所提方法为海参养殖下一步水质调控提供了参考数据，进而可提高海参养殖的质量和产量。

Select

轴承磨损阶段划分与分段剩余寿命估计方法

郑琪, 赵春晖

控制工程. 2022, 29(4): 593-599.

摘要 ( )

可视化

轴承是机械设备中的重要零部件，对其剩余寿命进行预测具有实际意义。目前的预测方法大多关注剩余寿命的单点预测精度，使得模型优化目标容易受噪声过大点的影响，导致轴承剩余寿命预测不准确。针对上述问题，提出了一种轴承磨损阶段划分与分段剩余寿命估计的方法。该方法首先提取出轴承处于稳定磨损阶段的数据，然后对剩余寿命进行片段划分，将分段预测精度作为模型的优化目标，减弱了预测误差的单点影响，有效提升了预测精度。该方法通过美国辛辛那提大学智能系统维护中心的公开数据集进行了验证。

Select

基于 IPSO-HP-ELM 水泥磨单位电耗预测

郝晓辰, 杨旭年, 李东栩, 韩辉, 陈白, 史鑫, 黄高璐

控制工程. 2022, 29(4): 600-610.

摘要 ( )

可视化

水泥磨是水泥生产中主要的耗电设备，水泥磨单位电耗的精准预测对水泥厂节能降耗至关重要，因此提出一种基于改进粒子群优化算法的高性能极限学习机(IPSO-HPELM)的水泥磨单位电耗预测方法。首先，针对水泥磨大时延、强耦合特性，通过互信息确定影响单位电耗的关键因素；其次，建立蕴含时序特征的输入层，解决水泥磨中的时变时延问题；最后，采用改进粒子群优化(IPSO)算法对高性能极限学习机(HP-ELM)模型参数进行优化，建立基于 IPSO-HP-ELM 的水泥磨单位电耗预测模型，并验证了预测模型的有效性。实验结果表明，所提基于 IPSO-HP-ELM 的水泥磨单位电耗预测模型能够有效提高水泥磨单位电耗的预测精度。

Select

基于聚类和 LSTM 的电力分钟冻结数据缺失值填充方法

卢继哲, 刘宣, 唐悦, 阿辽沙·叶, 侯帅, 叶方彬

控制工程. 2022, 29(4): 611-616.

摘要 ( )

可视化

在用电信息采集系统中，由于采集和配电设备的海量接入，终端获取的分钟冻结数据普遍存在缺失。针对该问题，提出一种基于聚类的时间序列预测方法填充缺失值。该方法利用终端获取的分钟冻结数据具有时序自相似和关联性特征，首先对终端聚类，使具有相似时序特征的终端在同一分组，针对长时间序列具有的高维特征造成聚类困难的问题，使用自编码器降维，提高聚类性能；然后，对各分组建立基于长短期记忆(LSTM)单元的神经网络模型预测缺失值。实验结果表明该方法能有效利用终端时间序列的特性，验证了基于自编码器的聚类可提升预测性能。

Select

多尺度数据驱动的石化污水可生化性评价

韩红桂, 张家昌, 伍小龙, 王梓先, 乔俊飞

控制工程. 2022, 29(4): 617-626.

摘要 ( )

可视化

针对石化污水可生化性难以获得实时准确评价的问题，提出了一种多尺度数据驱动的石化污水可生化性评价方法。首先，通过分析石化污水组分和水质数据特点，解析水质数据的时间尺度特征以及与可生化性指标的关联关系；其次，设计基于主元分析法的多尺度特征提取算法，获取石化污水可生化性的特征变量；然后，构建基于模糊最小最大神经网络的智能评价模型，实现对石化污水可生化性的实时准确评价；最后，将提出的评价方法应用于实际石化污水处理过程中。验证结果表明，所提方法能够实现对石化污水可生化性进行实时准确的评价。

Select

基于领域自适应的多源工业数据的变分填补模型

李宝学, 姚邹静, 赵春晖

控制工程. 2022, 29(4): 627-636.

摘要 ( )

可视化

工业现场数据普遍存在缺失值问题，严重影响后续数据挖掘算法的应用，因此有必要在预处理时进行数据填补。现有的填补算法都假设训练与测试数据服从相同分布，无法适应新的工况。随着工业互联网的不断发展，云边协同框架将不同工厂、不同工况的数据汇聚在云端，提供了变工况场景下新的建模思路。基于此，提出了一种处理云边协同框架下多源数据的填补模型，保留细粒度个性化特征，利用领域自适应范式学习跨工厂、跨工况的粗粒度知识，应对边缘端变工况场景。使用某集团大数据云平台的多台磨煤机数据验证了所提算法的有效性，其在不同数据缺失率下与主流算法相比具有优异的性能。

Select

互联系统的分散式故障检测与状态反馈控制

周顺, 邹洪波, 吴锋

控制工程. 2022, 29(4): 637-644.

摘要 ( )

可视化

由于互联系统内部各模块之间相互联系，因此系统各模块发生故障后容易传播故障。针对非线性互联闭环系统，提出了一种分散式故障检测与状态反馈控制方案。与传统的子系统通信协议相比，假定当只有两个子系统的实际状态与期望状态的误差都超过设定阈值时才发生通信；否则，互联函数采用具有互联关系的子系统的期望状态，有效地隔离了故障的传播。当系统检测到故障后，对子系统的状态进行线性变换，得到分散式状态反馈控制率。将该控制率作用于系统时，系统的状态能够收敛到原点附近的邻域内。最后，通过仿真程序对所提方案进行了验证。

Select

基于单类数据迁移的控制阀粘滞检测方法

刘梦杰, 赵春晖, 王文海

控制工程. 2022, 29(4): 645-654.

摘要 ( )

可视化

控制阀粘滞检测能提高回路控制性能诊断的效率与准确率，为工厂改善回路控制性能提供指导。现有粘滞检测方法未考虑回路被控对象的动态特性变化时，控制阀粘滞在回路数据上的表征不一致问题。针对此问题，提出了一种基于单类数据迁移的控制阀粘滞检测方法。该方法仅需使用待测回路的非粘滞数据对模型进行迁移，实现了与回路适配的粘滞特征提取模型的构建。首先，使用仿真模型生成的类别完备的数据对模型进行预训练；然后，结合待测回路的非粘滞数据对残差网络进行微调；最后，使用单分类算法得到控制阀粘滞检测结果。仿真数据集和开源工业数据集的实验结果验证了所提方法的有效性。

Select

改进的证据 K 近邻异常工况检测及应用

贺凯迅, 王涛, 苏照阳

控制工程. 2022, 29(4): 655-660.

摘要 ( )

可视化

大型火力发电系统复杂，诱发异常工况的因素多、难以检测，并且过程数据中故障案例少，有标签的故障样本不完备，难以建立有效的异常工况检测模型。针对这些问题，提出一种基于证据 K 近邻的异常工况检测方法。首先，基于斜坡系数完成对历史数据稳态工况的划分，便于建立工况模型；然后，基于工况数据的局部密度构建证据体，确定异常工况检测边界；在线应用时，过程数据的异常特性由证据体根据 K 近邻原则判定。所提方法在模型构建与应用时不需要完备的有标签样本，建模效率高，模型更新维护较为方便。案例分析表明，所提方法与主成分分析(PCA)、基于 K 近邻的故障诊断(FD-KNN)、证据 K近邻(EKNN)方法相比具有较低的误报率和漏报率，具有较好的工程应用价值。

Select

基于 Kalman 滤波的多区域分布式状态估计

张瑞, 张文, 安亚刚, 耿泉峰, 李牧

控制工程. 2022, 29(4): 661-668.

摘要 ( )

可视化

现阶段，智能电网通常存在较多漏洞。针对该问题，提出一种新的高安全性的广域（多区域）智能电网的分布式动态状态估计机制，并构建一种假设系统正常运行的分布式状态估计器。该估计器基于局部 Kalman 滤波器，在局部中心之间交换必要信息的情况下，达到近似最优性能。为了提高安全性，进一步提出采用基于区块链(BC)的系统设计来保护网络数据库和网络通信通道免受攻击和数据操纵。同时，本地实时检测测量异常，以消除其对状态估计过程的影响。最后，算例研究结果验证了所提机制的优良性能。

Select

条件驱动的非线性协整与非平稳状态监测

管晨禹, 陈军豪, 赵春晖

控制工程. 2022, 29(4): 669-677.

摘要 ( )

可视化

针对工业生产过程中，非平稳变量间服从非线性协整关系所导致的非平稳特征提取难题，提出一种条件驱动的非线性协整算法。首先，根据设备的运行状态，对数据进行重构，将数据从时间轴重构至条件轴，使得每一个条件片内的数据具有相似的过程特性。为解决数据重构时存在的时序信息损失问题，利用重排自回归保留序列的时序信息。然后，对于重构后的条件片，根据相邻条件片协整模型的相似度合并条件片，捕捉条件轴上协整关系的变化，将协整关系相似的数据划分至同一工况，并建立统一的协整模型。最后，利用某风电场数据对所提算法的有效性进行了验证，并通过与传统线性协整算法的比较说明其优越性。

Select

基于矢量控制的 PWM 整流器线性自抗扰控制

童军, 豆冲, 王颖, 刘建明

控制工程. 2022, 29(4): 678-683.

摘要 ( )

可视化

三相电压型脉冲宽度调制(PWM)整流器是一个非线性控制系统，在实际运行中往往存在很多干扰，特别是在负载突变或者系统参数变化时，直流侧输出电压会出现不稳定的现象。针对这个问题，研究了一种线性自抗扰控制(LADRC)策略，将鲁棒性较高的LADRC 技术引入电压外环控制中，利用线性扩张状态观测器对扰动进行补偿，电流内环采用 PI 控制。为简化滤波电感设计，采用具有固定开关频率的空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术。最后，搭建仿真模型对 LADRC 策略和传统 PI 控制策略进行仿真对比，并搭建实验样机对 LADRC 策略进行验证。结果表明， LADRC 策略具有良好的鲁棒性和工作性能。

Select

基于滞环反馈时域鲁棒辨识的控制器自整定

刘清源, 韩昱城, 尚超, 黄德先

控制工程. 2022, 29(4): 684-691.

摘要 ( )

可视化

现有的滞环反馈自动整定方法大多仅使用频域信息，包含较多近似，因此在处理质量较差的工业数据时精度与鲁棒性较差；此外，现有方法依赖稳定震荡的极限环数据，需要较长的滞环反馈测试时间。针对这些问题，提出一种基于滞环反馈测试的时域鲁棒辨识与控制器自动整定方法。首先，利用低阶延时模型时域响应 Hankel 矩阵的低秩特性，提出使用秩约束优化对滞环反馈时域辨识问题进行建模，并使用基于交替方向乘子法的求解方法；然后，给出了算法中超参数和优化初始值的选择方案，并讨论了使用非零初始状态滞环反馈数据进行辨识的方法；最后，提出了基于辨识结果的控制器整定方案。仿真实验结果表明，所提方法与现有方法相比具有更高的辨识精度与鲁棒性，并能取得更好的控制器整定效果。

Select

基于分数阶的神经网络解耦控制优化方法

宋帆, 马小晶, 王宏伟, 陈洁, 贺航

控制工程. 2022, 29(4): 692-698.

摘要 ( )

可视化

针对强耦合、多变量的非线性系统，提出了一种基于 Caputo 分数阶微分优化的BP-PID 解耦控制算法。首先，应用 Caputo 定义的分数阶思想设计分数阶梯度下降算法，并将其应用到 BP-PID 控制系统，以实现多变量耦合系统的解耦控制；其次，通过测试的二维变量函数验证所提算法的收敛性；最后，在浸没式电极锅炉耦合模型中使用分数阶梯度下降算法优化的 BP-PID 算法，并与基于传统梯度下降算法的 BP-PID 算法进行对比。实验结果表明，所提算法提高了 BP-PID 解耦控制器的收敛速度，并且加快了响应速度，减少了超调量，缩短了调节时间。

Select

基于改进粒子群优化的主蒸汽温度模糊串级控制

曹振乾, 印江, 张津华, 赵静, 李丽锋

控制工程. 2022, 29(4): 699-706.

摘要 ( )

可视化

针对循环流化床锅炉主蒸汽温度控制系统存在非线性、多扰动等问题，采用串级控制与模糊控制相结合的控制策略，设计了主蒸汽温度模糊串级控制系统。为了改善该系统的控制性能和控制精度，提出一种改进粒子群优化模糊自整定 PID 串级控制方法。该方法将时间与绝对误差乘积积分性能指标作为改进粒子优化群算法的适应度函数，对模糊串级控制外回路的模糊自整定 PID 控制器参数进行优化。仿真结果表明，该控制方法与常规串级 PID 控制、模糊串级 PID 控制以及粒子群优化模糊串级 PID 控制相比，超调量分别降低 26.7%、 17.4%和 5.1%，调节时间分别缩短 824 s、 664 s 和 389 s。该方法有效地抑制了扰动侧主蒸汽温度的波动，使得系统在稳定性和自适应能力方面显著提升。

Select

模型降阶的刨花板施胶自抗扰控制

朱良宽, 程赛葛, 王沛煜, 祁星

控制工程. 2022, 29(4): 707-716.

摘要 ( )

可视化

针对刨花板施胶控制系统的参数复杂以及大延迟特性，提出了一种基于模型降阶的刨花板施胶自抗扰控制方法。首先，利用系统建模得到的阶数信息，选择合适的辨识模型进行降阶，并对降阶后的系统模型进行选择。其次，利用加入带有双曲正切函数的鲁棒控制器和非线性扩张状态观测器完成对总扰动和系统状态的估计，在控制的同时实现了扰动的实时补偿。此外，通过严格的 Lyapunov 法证明了非线性扩张状态观测器误差的收敛性。最后，仿真结果验证了降阶系统模型的准确性以及所提控制方法的有效性。

Select

拉丝机设备管理系统设计与开发

王贺彬, 白锐, 李友堂, 李强, 崔明利

控制工程. 2022, 29(4): 717-722.

摘要 ( )

可视化

随着制造业的快速发展，如何对车间设备进行优化管理已成为众多企业急需解决的问题。为解决这一问题，设计并开发了拉丝机设备管理系统。在设备调度模块中，针对药芯焊丝生产过程中的实际需求，建立了以最大完工时间最小为目标函数的设备调度模型，并通过遗传算法求解该模型，实现了生产过程中对单工序并行拉丝机生产设备的调度功能。在此基础上，利用 Visual Studio 开发平台，采用 C#语言开发了拉丝机设备管理系统软件，并将其应用于某企业拉丝机车间中，实现了对拉丝机生产设备的有效管理。

Select

基于 HFMOPSO 算法的多目标优化调度策略

王杰, 周越鹏, 谢磊, 苏美霞

控制工程. 2022, 29(4): 723-729.

摘要 ( )

可视化

在计及光热电站储热特性、爬坡特性等情况下，以并网系统售电效益、环境效益、运行维护成本等经济指标和输出功率波动指标为目标，以电网安稳运行为约束，建立了多源多目标优化模型。针对传统多目标粒子群(MOPSO)算法寻优能力不足、易陷入局部最优的缺点，用一种基于混合学习策略的模糊多目标粒子群优化(HFMOPSO)算法对模型进行求解。最后，在 IEEE30 节点系统中进行仿真验证。仿真结果表明，天然气和光热电站的参与可以进一步提高风-光联合发电系统的并网效益，减小输出功率波动和调峰购买量。与其他算法相比， HFMOPSO 算法可以提高并网系统 8%的经济效益和减小 6.8%的输出功率波动量。

Select

欠驱动多指机械手抓取能力分析与优化研究

雷翔鹏, 刘业峰

控制工程. 2022, 29(4): 730-737.

摘要 ( )

可视化

给出两种模块化欠驱动手指的优化设计方法，分析了采用曲柄滑块以及四连杆机构可实现欠驱动，并减少驱动电动机数。采用 D-H 参数法建立手指运动学模型，并对模型采用正运动学求解。借助于 ADAMS 仿真软件对机械手建模并进行运动学仿真，研究并分析了欠驱动手爪在不同抓取模式下的运动特性及抓取能力，验证了欠驱动手爪抓取的多样性。最后，在精确建立运动学模型的前提下，以中心滑盘连接手指处所受应力最小为目标，对基指节内推杆的长度及摆动的角度进行参数优化，有效地增强了欠驱动手爪抓取的实用性和可靠性。

Select

基于深度学习的人脸识别

任志玲, 薛新根

控制工程. 2022, 29(4): 738-742.

摘要 ( )

可视化

人脸识别是图像领域的经典问题。为解决目前人脸识别中普遍存在的识别精度不高、特征点估计较为粗糙等问题，提出一种基于 ResNet 卷积神经网络(R-CNN)的人脸识别方法。该方法利用人脸特征探测器有效地提取了人脸特征，同时将 R-CNN 用于二维人脸识别，建立了人脸识别模型。实验采集了 400 张目标脸图片，并将其与人脸库中的 1 000 张样本进行混合。 R-CNN 模型共训练了 130 轮，能在摄像头中识别目标脸。在训练了 80 轮之后，模型准确率达到了 90%以上，识别效果较好。相较于传统的人脸识别方法，该方法结合了深度学习方法，具有较高的识别率。

Select

双馈风机超速与变桨协调频率控制策略研究

张巍, 杨新宇

控制工程. 2022, 29(4): 743-749.

摘要 ( )

可视化

针对大规模风机并网后电力系统调频空间不足，桨距角控制过度依赖可靠性偏低的风速预测问题，提出了一种新型频率控制策略。首先，在双馈风机超速减载运行方式下，将减载储备的机械功率引入一次和二次调频阶段，实现了转子动能和机械功率的合理分配，提高了风机的调频潜力；其次，提出超速与变桨协调频率控制策略，解决了单一超速控制调频空间不足的问题；最后，根据该策略设计了一种带有改进浆距角控制的调频器，增强了桨距角动作的准确性，有效减轻了风机在变风速下的调频负担。

Select

分段仿射系统的周期事件触发控制

汪菲菲

控制工程. 2022, 29(4): 750-756.

摘要 ( )

可视化

针对分段仿射系统的控制问题，为了节省通信资源，提出了一种周期事件触发控制方案。首先，采用延时系统方法，对基于周期事件触发控制策略的分段仿射系统进行建模；然后，利用分段 Lyapunov 泛函，结合椭球体形式描述状态空间分区的方法，建立基于线性矩阵不等式的分段仿射闭环系统稳定性判据；最后，给出状态反馈控制器的设计方法，在保证闭环系统稳定性的同时，显著减少传输的数据量。此外，将提出的方法应用于单节点机械臂系统和隧道二极管电路系统，把非线性系统建模为分段仿射系统来设计切换控制器，通过仿真验证所提方法的有效性和优越性。

Select

机器人立体视觉系统标定误差预测补偿技术

杨华庆, 张建护, 唐德渝, 王克宽

控制工程. 2022, 29(4): 757-762.

摘要 ( )

可视化

针对立体视觉系统在定位应用中存在标定步骤繁琐、耗时长及误差较大等问题，对机器人手眼单目激光立体视觉系统标定误差补偿进行研究。首先，对现有的摄像机标定、手眼标定和激光平面标定模型进行分析，在方便提取整体标定误差的前提下，组合出一种以“棋盘格&激光条纹”混合图像为基础的整体视觉系统快速标定方案。然后，对该视觉系统标定结果产生的误差进行分析与提取，提出一种从像素坐标和重建定位坐标到整体标定误差坐标的 BP 神经网络预测模型，利用该模型对标定方案产生的误差进行预测和补偿，提高整体标定精度。最终，焊缝位置测量实验表明，该方法可较大程度提高标定精度，在低精度设备的条件下实现同等精度的立体视觉系统标定。

Select

基于扰动观测器的机械臂自适应复合控制

闫飞, 王树波

控制工程. 2022, 29(4): 763-768.

摘要 ( )

可视化

针对实际机械臂系统中存在输出限制和未知扰动的问题，设计了一种基于扰动观测器的自适应复合控制方案。利用误差转换技术解决了系统输出限制的问题，这种误差转换不需要设计额外的虚拟控制器，因此降低了控制器的复杂度。使用模糊逻辑系统去近似估计系统模型的不确定项。把模糊逼近残余的误差和外界未知扰动定义为一个复合扰动，并设计观测器消除了复合扰动对系统稳定性的影响。根据李雅普诺夫定理，给出了稳定性和收敛性的证明。仿真结果表明，所提控制方案能够有效解决输出限制的问题，并且有更好的动态和稳态性能。

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

2022年, 第29卷, 第4期　
刊出日期：2022-04-20

模态框（Modal）标题

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

2022年, 第29卷, 第4期 刊出日期：2022-04-20

2022年, 第29卷, 第4期　
刊出日期：2022-04-20