控制工程

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祝国强, 王婷, 王顺江, 吉爽, 孙灵芳

控制工程. 2022, 29(5): 772-780.

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针对带有静止无功补偿器(SVC)的单机无穷大电力系统，提出了一种自适应动态面与积分滑模控制相结合的控制方案，有效地克服了参数不确定性和外部扰动的影响，确保了系统跟踪误差能够在有限时间内收敛到稳定状态，提高了系统的收敛速度和跟踪精度。通过引入误差转换函数，使得功角的跟踪误差性能指标保持在预定的范围内。采用最小参数学习法在线估计径向基函数神经网络(RBFNN)理想权值向量的范数，避免了神经网络因估计自身权值向量维数增加而引起的“维数灾难”问题，极大减轻了控制器的计算负担。控制算法通过 StarSim 电力电子实时仿真实验平台进行实验验证，实验结果表明了所提控制方案的有效性。

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多机励磁电力系统自适应输出反馈量化控制

王顺江, 欧秀容, 李志伟, 辛红伟, 祝国强

控制工程. 2022, 29(5): 781-788.

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针对一类具有传输时延的多机励磁系统，提出了一种基于 K 滤波观测器的输出反馈自适应量化控制方案。通过构造 K 滤波观测器来估计系统中的未测量状态，并对神经网络逼近误差以及引入量化器所带来的非线性和外部干扰进行补偿。此外，采用时滞函数逼近器来消除励磁系统间未知的传输时延的影响。并且通过使用初始化技术，实现了任意小的跟踪误差。最后，通过一组半实物实验结果验证了所提控制方案的有效性。

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实时电价下 DTSLF 模型的短期负荷预测应用研究

孙红, 颜宇

控制工程. 2022, 29(5): 789-795.

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精准的短期负荷预测可以保证电网安全稳定地运行，然而实时波动的电价在一定程度上与电力负荷相互影响，这大大增加了电力负荷预测的难度。针对此问题，基于改进语言模型 Transformer 提出一种短期负荷预测模型，简称 DTSLF。其将 Transformer 模型输入端的 Embedding 层和输出端的 Softmax 层进行调整，并以全新的 Encoder-decoder 的输入方式双向处理负荷数据。实验表明，该模型可以充分发挥 Transformer 在语言处理上的超强特征提取能力，可以捕捉负荷数据间的“含义”，将复杂的相关因素“翻译”成下一时刻负荷值，最后以真实数据进行实验，结果表明 DTSLF 模型与其他的模型相比在实时电价下有着更加出色的预测效果。

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基于在线参数辨识的 PWM 整流器功率预测控制

王永智, 景云, 王丹

控制工程. 2022, 29(5): 796-803.

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电压型脉宽调制(pulse width modulation, PWM)整流器的模型预测控制在控制过程中极其依赖系统模型参数，参数失配会使预测结果与实际值存在较大偏差，严重影响系统控制结果，甚至出现系统失稳。此外，电网电压的不平衡也会影响系统的电能质量。为了解决上述问题，提出了不平衡电网下基于在线参数辨识的改进型有限控制集模型预测控制。仿真结果表明，所提方法具有如下优点：首先，可以解决参数失配导致的系统性能下降问题，提高系统鲁棒性；其次，该方法可以在电网电压不平衡时降低交流侧电流畸变，抑制功率脉动，提高电能质量。

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初级永磁直线电机逆变器补偿无电流控制

余强国, 冯亚南, 王培良 , 申情

控制工程. 2022, 29(5): 804-812.

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为消除初级永磁直线电机无电流传感器控制中的电流跟踪误差，提出一种逆变器非线性补偿的新型无电流传感器控制策略。首先，根据实测电流和估测电流存在唯一对应关系，将正常动子视为参考动子，控制两台动子的估测电流保持相同，进而保证了实测电流的一致性；然后，在估测电流的计算中采用逆变器非线性补偿策略，削弱了估测电流和实测电流唯一对应关系中的误差项；最后，采用仿真实验测试所提容错控制的性能，结果表明，相比于现有控制策略，所提容错控制策略在稳态性能与瞬态性能上均更优，具有更广的工程应用前景。

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驱动约束下直线电机自适应鲁棒优化控制

袁明星, 刘馨, 张雪波

控制工程. 2022, 29(5): 813-818.

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针对直线电机系统中各类建模不确定性以及速度、推力和加加速度约束综合影响下的最短时间动态响应和高精度稳态跟踪问题，提出了一种融合时间最优轨迹优化和非线性自适应鲁棒控制的双环控制框架。其中，外环时间最优轨迹优化主要处理系统速度、加加速度以及在线更新的前馈补偿约束，从而间接保证了最短时间的动态响应；内环非线性自适应鲁棒控制算法用来抑制各类建模不确定性的影响，旨在保证高精度的稳态跟踪性能。仿真结果验证了所提双环控制算法的有效性和优越性。

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四电机伺服系统有限时间动态面控制

刘荣贵, 王保防, 蔡明洁

控制工程. 2022, 29(5): 819-827.

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针对含有非线性齿隙和LuGre摩擦的四电机同步驱动伺服系统，在反步法的基础上结合动态面控制技术和有限时间控制技术设计基于观测器的有限时间动态面控制方法。在反步设计过程中，设计了鲁棒控制项抑制非线性齿隙的影响；构造了非线性观测器来估计摩擦力矩并在反步法中实现摩擦补偿；采用动态面控制技术解决了反步法存在的“计算爆炸”问题，并建立了补偿机制用于减小跟踪误差；采用有限时间控制技术加快了系统响应速度，进一步减小了跟踪误差。最后运用李雅普诺夫理论分析了闭环系统的稳定性，仿真结果验证了所提方法的有效性。

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基于扰动补偿的永磁同步电机预测位置控制

王艳, 刘旭东

控制工程. 2022, 29(5): 828-836.

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为了提高永磁同步电机伺服系统的位置跟踪精度和抗扰性，设计了一种新的预测控制策略。首先，建立了永磁同步电机的数学模型，并在电机模型中建立了扰动的集总项；其次，设计了广义预测控制器，在控制器中考虑了扰动的影响，增加了控制器的抗干扰能力；最后，引入了非线性扰动观测器，对扰动进行估计并补偿。仿真与实验结果表明，所提出的预测控制方法即使在不同的运行情况下，依然能使电机保持良好的位置控制精度和抗干扰能力。

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基于模糊逻辑的永磁同步电机自适应控制

吕霞, 陈健, 吕成兴, 董颖慧

控制工程. 2022, 29(5): 837-843.

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为了让永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)的跟踪控制更加准确，针对有负载干扰的永磁同步电机，主要研究了其自适应模糊跟踪控制问题。提出了一种利用模糊逻辑方法逼近系统中的非线性函数和干扰的新方法，引入了自适应参数L，保证系统在有限时间内的跟踪误差小于规定的精度。这种方法能让系统更快地跟踪上目标，基于 backstepping 方法设计了自适应模糊跟踪控制器，最后通过 Lyapunov 方法分析了闭环系统的稳定性。仿真结果表明，该方法不仅能保证闭环系统的有界性，也具有良好的跟踪性能，最终证明了该方法的有效性。

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PMSMs 的事件触发指令滤波离散控制

徐雨梦, 于金飞, 刘加朋, 于金鹏

控制工程. 2022, 29(5): 844-851.

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为了改善永磁同步电动机系统的动态性能，解决传统反步法的“计算复杂性”问题，提出了永磁同步电动机的事件触发指令滤波离散控制方法。采用指令滤波控制技术处理传统反步法中的“计算复杂性”问题，利用补偿信号消除了滤波误差，提高了系统的控制精度；运用自适应模糊控制方法处理模型中的未知非线性函数；通过设定事件触发条件来判断系统的自适应律和控制律是否需要更新，减轻了计算负担，节省了计算资源。仿真结果验证了文中所提控制方法的有效性。

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船舶舵减摇控制研究综述

郑罗坤

控制工程. 2022, 29(5): 852-860.

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船舶海上航行，受波浪影响会发生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡等状况。这些船体运动会使船员生活的舒适度降低、船舶操纵困难、海上作业危险甚者发生船舶倾覆。减摇舵是一种新型的主动式减摇装置，所占的空间小，成本较低。因此，船舶舵减摇控制成为运动控制中一个重要的领域。本研究重点阐述了国内外关于船舶舵减摇控制的发展过程和研究现状，对各类技术的优劣进行分析讨论，并对接下来的研究方向做了展望。

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四旋翼飞行器固定时间自适应轨迹跟踪控制

王海荟, 崔国增, 李泽, 郝万君

控制工程. 2022, 29(5): 861-866.

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针对具有外部扰动和不确定性的四旋翼飞行器，提出了基于命令滤波反步法的固定时间自适应轨迹跟踪控制方案。首先，将四旋翼飞行器分解为姿态子系统和位置子系统，分别利用固定时间命令滤波技术、反步设计方法及分数次幂误差补偿机制设计姿态控制器及位置控制器。其次，结合固定时间 Lyapunov 稳定性理论，证明了闭环系统的所有信号是固定时间有界的，同时姿态和位置跟踪误差在固定时间内收敛到原点附近的充分小邻域内，且收敛时间的上界独立于四旋翼飞行器初始状态。最后，通过仿真算例验证了所提固定时间控制算法的有效性。

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基于命令滤波反步的 AUV 轨迹跟踪控制

刘钰晴, 刘加朋

控制工程. 2022, 29(5): 867-872.

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针对具有未建模动态及未知扰动的自主水下机器人(AUV)轨迹跟踪问题，考虑执行器饱和状况，提出了一种新型的命令滤波反步控制策略。首先，利用命令滤波器处理系统未建模动态及未知扰动，并基于反步法设计系统虚拟控制律，有效降低了控制策略的复杂度；然后基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论，证明了闭环控制系统的稳定性；最后，利用仿真验证了所提控制策略的跟踪性能。仿真结果表明本文所提控制策略在模型参数不确定性的情况下，仍能实现对目标轨迹的有效跟踪。

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金矿生产全流程控制系统设计与实现

贾瑶, 李帅, 柴天佑

控制工程. 2022, 29(5): 873-887.

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针对金矿生产全流程（由含金原矿破碎筛分、磨矿、预浸、炭浸、除氰压滤和解析电解组成），以实现将含金原矿经金矿全流程自动转化为金泥，并将产品质量和产量、能耗和物耗控制在目标范围内为目的，提出了由回路控制、逻辑控制和监控组成的全流程控制方法，设计了由 PLC 控制系统软硬件平台和基于所提控制方法的控制软件，研发了由破碎筛分控制系统、磨矿控制系统、预浸控制系统、炭浸控制系统、除氰压滤控制系统和解析电解控制系统组成的全流程控制系统，成功应用于某金矿生产厂。长期运行结果表明，该系统实现了金矿生产全流程的安全稳定运行，可将生产全流程的各过程输出控制在工艺规定的目标值范围内，提高了金属回收率和金泥的品位与产量。

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高压共轨系统优化无模型自适应轨压控制

闫宇, 杨蒲, 姜斌, 冒泽慧

控制工程. 2022, 29(5): 888-894.

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高压共轨柴油机的轨压大小对于柴油机的排放性能、动力性能有着至关重要的影响。目前的轨压控制多采用 PID 控制方案，但 PID 控制存在控制精度低、全工况下需要标定的控制器参数量大、对波动的控制效果不理想等缺点。为了克服 PID 控制算法存在的缺点，提出了一种基于无模型自适应算法的轨压控制算法。对于无模型自适应控制算法中的控制器参数，通过 Q 学习进行优化整定。 MATLAB/Simulink 仿真结果表明，在不同的工况下，与传统的 PID 控制相比，基于 Q 学习的无模型自适应控制算法控制性能更好。

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考虑政府补贴的绿色旅游供应链博弈模型

李祉佑, 钱本华, 张瑞友, 牛艳芸, 许纪龙

控制工程. 2022, 29(5): 895-902.

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旅游产业的绿色可持续发展是学、政、企等各界的关注热点。针对由政府、单一景区、单一旅行社构成的三级供应链进行了研究，分别建立了无政府行为时景区主导的Stackelberg 博弈模型和政府对绿色景区进行补贴时政府主导的三阶段博弈模型，采用逆向递推等方法进行了求解分析，并进行了数值仿真。研究表明，政府补贴下限不宜过高；当补贴下限与补贴金额取值合适时，补贴行为可以提高景区绿色度与社会总福利，但无法令景区绿色度与社会总福利同时达到最大；如果提高消费者的环保意识，可以从根本上实现旅游产业的绿色化。

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挂面烘房湿度系统建模与验证

江亮亮, 王恒升, 王泽教, 赵志刚

控制工程. 2022, 29(5): 903-909.

摘要 ( )

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挂面烘房内的湿度是挂面干燥成形工艺过程中的重要物理量，其中湿度的自动调节对提高产品质量、生产效率和减轻工人劳动强度至关重要。为实现自动湿度控制，建立了挂面烘房湿度系统的动态模型。模型考虑了挂面脱水和风机排潮两个基本物理过程，它们分别通过水分蒸发和通风影响着湿度系统。根据从烘房正常生产条件下采集到的温湿度数据，通过系统辨识方法估计模型参数。利用大量实测数据对动态模型进行仿真，结果显示水蒸气密度和湿度的仿真值与实测值的均方根误差分别为 1.04 g/m3、 1.63%，证明了模型的准确性。最后分析了仿真结果，指出了现有风机排潮策略的不足和改进办法。

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粒子群组合算法跟踪局部遮荫下光伏 GMPPT 研究

叶国敏, 肖文波, 章文龙

控制工程. 2022, 29(5): 910-917.

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局部遮荫条件下，标准粒子群算法跟踪光伏阵列全局最大功率点容易陷入局部最优或过早收敛等问题。因此，通过引入混沌运动、模拟退火、遗传算法等来改善标准粒子群算法(PSO)，并对 1×2 串联光伏阵列在 5 种遮荫下的最大功率点进行跟踪与分析。结果表明，首先，组合算法都克服了 PSO 容易陷入局部最优的缺陷；其次，组合算法都存在牺牲跟踪时间来提高跟踪精度及稳定性的现象；最后， PSO 中引入遗传算法的自然选择机制有助于提高跟踪速度，而混沌运动可帮助 PSO 提高跟踪精度及稳定性。

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SIDO Buck 变换器的交错控制及稳定性分析

周宇飞, 熊向晖, 顾志铭

控制工程. 2022, 29(5): 918-926.

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为了提高电压模式控制单电感双输出(single-inductor dual-output, SIDO) Buck 变换器的稳定性，引入了交错延迟控制。在开关切换函数和系统状态方程的基础上，建立了最优交错延迟下该变换器的离散迭代映射模型,得出了变换器的工作路径和输入电压变化时的状态分岔图，并分析了变换器的分岔现象。同时与该变换器在无交错延迟下的分岔情况进行了对比分析。最后得到了交错延迟下的雅可比矩阵，并利用特征值对系统进行了稳定性分析。研究表明，在一定区间内，交错延迟能提高系统的稳定性，且电路参数变化影响稳定区间，而最优交错延迟能使稳定性大幅提高，这对提高电压模式控制单电感双输出SIDO Buck 变换器的稳定性和分岔控制具有参考意义。

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三电平 T 型逆变器开关控制策略研究

陈丹江, 柳玉甜, 张少中

控制工程. 2022, 29(5): 927-934.

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多电平逆变器的应用已越来越广泛，并开始从中压高功率场合转向低压场合。近年来提出的三电平 T 型逆变器由于其适合低压场合工作的特点，受到很多关注。分析了该逆变器常见的开关控制策略 M1 和 M2，其中 M1 开关控制策略来源于 NPC 逆变器，稳态工作时的驱动逻辑比较复杂； M2 开关控制策略在 M1 的基础上进行了简化，但是其暂态工作过程中会造成相关二极管的反向电流增大。为了解决上述两种开关控制策略的问题，在控制策略 M2 的基础上对某些特定的开关器件开通、关断时间进行了调整，提出了一种新的开关控制策略 M3。对提出的新控制策略进行了仿真分析，结果验证了理论的正确性。

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指数型时变增益反步滑模四旋翼姿态控制

薛晶勇, 王斌锐

控制工程. 2022, 29(5): 935-943.

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针对四旋翼无人机姿态系统，提出了一种指数型时变增益趋近反步滑模抗干扰控制方法，并完成了仿真与实验验证。首先，基于牛顿-欧拉方法建立四旋翼动力学模型，考虑系统存在的外部干扰，在双环控制策略的前提下，结合反步法与滑模控制设计了控制器。由于姿态环存在匹配确定界干扰，根据系统状态偏离滑模面的程度，设计指数型时变增益趋近反步滑模控制器，并且通过 Lyapunov 理论证明系统渐近稳定。在仿真中，依靠设计的控制器完成鲁棒跟踪控制。在非全局外部干扰下，系统状态在滑模面上的表现，相比于根据传统指数趋近律设计的滑模控制器更加平滑。最后，通过实验验证了该方法在抗外部干扰时的有效性。

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直觉语义决策模型应用于区块链风险投资

徐冬寅, 陈慧琴

控制工程. 2022, 29(5): 944-952.

摘要 ( )

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为了全面且精确地表达和处理复杂风险投资决策问题中的评价信息，构建了直觉模糊语义决策模型，并将其应用于区块链风险投资过程。首先，给出了直觉模糊语义互补判断矩阵(IFLCJM)的加性一致性概念，并建立了加性一致性 IFLCJM 与规范化直觉模糊权重向量之间的转化关系；其次，构造最优化模型计算 IFLCJM 与其完全加性一致性 IFLCJM之间的差距，并以此来衡量 IFLCJM 的一致性水平；最后，设计了基于一致性提升算法的直觉模糊语义决策模型，并将其应用于区块链风险投资问题，结果验证了模型的合理性和可靠性。

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无人驾驶方程式赛车轨迹预测跟踪控制

黄晋豪, 敖银辉, 彭文正, 黎浩斌, 王家乐, 江铭祺

控制工程. 2022, 29(5): 953-960.

摘要 ( )

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为提高车辆轨迹跟踪的稳定性与实时性，并针对传统 MPC 算法轨迹跟踪精度不足的问题，提出了一种基于 LQR 求解的多帧预瞄的最优控制方法，并将其应用于 FSAC赛车上。首先建立赛车的运动学模型，再将非线性系统作线性化处理，获得所需的线性时变误差模型。结合控制序列递推赛车往后一段时域内赛车状态的预测模型，通过离散参考轨迹函数，获得预测时域内的最佳参考点序列，利用赛车实时状态和控制输入序列构造二次型目标函数，迭代求出预测时域内的最优控制序列，输出车轮转角和赛车纵向速度来实现赛车对期望轨迹的跟踪。最后，通过构建仿真环境测试和实车测试验证算法的跟踪精度和稳定性，算法达到预期的效果。

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2022年, 第29卷, 第5期　
刊出日期：2022-05-20

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