控制工程

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乔俊飞, 段滈杉, 汤健, 蒙西

控制工程. 2022, 29(7): 1153-1161.

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国内城市固体废物(MSW)的组分复杂，领域专家通常依据经验观测火焰视频图像来识别焚烧炉燃烧状态进而调整城市固体废物焚烧(MSWI)过程操作参数，难以维持稳定的运行工况。针对上述问题，提出了一种基于火焰图像颜色特征提取的 MSWI 过程燃烧工况识别方法。首先，对焚烧火焰图像进行去雾和去噪预处理，提高图像清晰度；其次，将图像转换到适合视觉系统识别的 HSV 空间后采用滑窗分块提取颜色矩特征，采用主成分分析(PCA)提取潜在特征以消除高维颜色矩特征间的共线性；最后，以潜在特征为输入，采用最小二乘支持向量机(LS_SVM)算法构建燃烧工况识别模型。基于国内某 MSWI 厂的实际焚烧图像仿真验证了所提方法的有效性。

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基于强化学习的微电网能量调度优化策略研究

吴利刚, 张梁, 周倩, 李承子

控制工程. 2022, 29(7): 1162-1172.

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针对需求侧动态电价响应下的城市微电网能量调度问题进行研究。首先，基于强化学习算法，将分级电力市场能量供需问题建模为离散-有限的马尔可夫决策过程；然后，通过 Q-Learning 贪婪算法求解不同类型能耗区域的最佳电力能耗与电力价格。实验结果表明，通过建立能源调度中心实现了工业园区、商业中心、住宅区域 3 个典型能耗区域中电力资源 1.31%、 5.16%、 6.63%的缩减，在保证电网可靠性的前提下，提高了电力资源的合理利用率并降低了消费者的购电成本。

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基于 LQR 和 PSO 算法的八轮车侧翻控制系统研究

陈致远

控制工程. 2022, 29(7): 1173-1180.

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为了辅助驾驶者有效抑制车辆侧翻的发生，提出以线性二次型最优控制算法(LQR)和粒子群优化算法(PSO)相结合的车侧翻控制系统设计方案。首先，控制系统以车辆的主动转向及差动制动作为控制输入，采用闭回路跟踪模型架构，以理想虚拟车辆模型的稳态响应作为实际车辆追踪的目标。其次，以线性二次型最优控制算法为基础，再使用粒子群优化算法，分别搜寻 LQR 的权重矩阵 Q 以间接求得增益矩阵 K，与直接搜寻系统参数所得的增益矩阵 K 作比较，进一步求解控制系统目标函数的最小值。最后，利用 MATLAB/ Simulink 软件结合 TruckSim 卡车模拟软件，对控制效果进行验证。模拟仿真结果显示，以直接搜寻法求得的系统最佳增益值较好，能有效提高车辆高速行驶时的操控稳定性。

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观测器带宽参数化的自抗扰控制

李健, 谭文, 张彬文

控制工程. 2022, 29(7): 1181-1186.

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一般采用带宽化的方法对自抗扰控制参数进行整定，带宽法操作简单，且与很多方法可以实现等效，但是当被控对象的动态模型不等于串联积分模型时，带宽法整定所得到的参数不能保证闭环系统的稳定性。为综合考虑控制性能和整定参数的个数，提出一种观测器带宽参数化的自抗扰控制方法。在该方法中，自抗扰控制的观测器增益依然采用带宽参数进行整定，而控制器增益按静态输出反馈设计，理论证明该方法具有一定的通用性。通过在双质量弹簧系统中的应用仿真验证了该方法的有效性。

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非匹配扰动下双吊具起升系统的同步控制

赵微微, 徐为民, 袁贺松, 黄金玲, 胡益彬

控制工程. 2022, 29(7): 1187-1194.

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针对具有非匹配扰动的双吊具起升系统的同步协调控制问题，提出一种基于时变扩张状态观测器的移动滑模控制方法。首先，结合交叉耦合控制策略，提出了一种移动滑模控制器，可保证系统在初始状态下具有较好的鲁棒性。其次，设计了一种自适应切换律和趋近律，该方法不仅实现了系统状态误差的快速收敛，同时可有效抑制滑模控制器中存在的抖振现象。在此基础上，为抑制系统中存在的非匹配扰动，设计了一种新型的时变扩张状态观测器，使所提控制器对非匹配扰动也具有较好的鲁棒性。此外，利用李雅普诺夫理论证明了闭环控制系统的稳定性。最后，通过仿真验证了所提控制器的有效性和可靠性。

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UUV 水下模型预测滑模跟踪控制算法

赵洪坛, 朱大奇

控制工程. 2022, 29(7): 1195-1203.

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水下机器人(UUV)工作时常伴有海流状况， UUV 控制的不稳定性可能导致其无法工作或出现安全问题。针对水下机器人受海流频繁干扰的问题，设计了一种含海流因素的模型预测与自适应滑模级联的控制方法(OCMPC-ASMC)，在高精度跟踪轨迹的同时，能提高水下机器人在持续海流或者突发海流扰动时跟踪控制的鲁棒性。首先，设计基于模型预测控制方法的运动学控制器，将海流速度合成到 UUV 的参考速度中，构建含海流因素的预测模型；然后，设计一种自适应滑模动力学控制器，通过速度、位置的反馈使得水下机器人能够实现对海流干扰的自适应；最后，在 MATLAB 上进行三维空间仿真并与传统MPC-SMC 和反步控制比较，验证了所提方法应对波动海流有很强的鲁棒性与自适应能力。

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基于门控循环单元神经网络的 NO_x排放量预测

杨国田, 刘凯, 王英男

控制工程. 2022, 29(7): 1204-1209.

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电站燃煤锅炉产生的排放是大气 NO_x 污染的主要来源之一，建立有效的 NOx 排放模型是锅炉燃烧优化降低 NO_x 排放的基础。为充分地挖掘数据源与锅炉 NO_x 排放量的相关性，提出一种基于多层门控循环单元神经网络(GRU)的 NO_x排放预测模型。首先，利用主成分分析对火电厂高维数据进行处理；然后，将提取的主成分作为 GRU 网络的输入，得到锅炉 NO_x排放预测模型。以某 660 MW 电厂实际运行数据对模型进行了验证，仿真结果表明多层 GRU 模型具有较高的预测精度和较强的鲁棒性，可以更有效地对火电厂 NO_x排放量进行预测。

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混合遗传算法求解带不相关并行机的 HFSSP

轩华, 孙丙坤, 李冰

控制工程. 2022, 29(7): 1210-1219.

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研究了带不相关并行机和批生产约束的混合流水车间调度问题，其中初始阶段为串行批处理机，相邻加工阶段间工件的运输时间独立于加工时间。针对该问题，以最小化最大完工时间(makespan)为目标，建立了整数规划模型，提出一种结合 NEH 启发式算法、局域搜索和自适应遗传算法的混合遗传算法获取近优解。采用 NEH 启发式算法产生初始工件加工序列群以提高群质量，提出自适应参数调节机制设计交叉变异概率，进而利用交叉和变异操作改进解的质量。最后，通过局域搜索产生邻域解以更新遗传算法(GA)的解。仿真实验测试了不同规模的实例，与其他基于 GA 的混合算法的性能进行对比，结果表明所提出的混合遗传算法优于其他算法，能在合理的计算时间内得到较好的近优解。

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基于改进零速修正算法的行步步长计算方法

郭欣, 李根, 伦朝昕

控制工程. 2022, 29(7): 1220-1226.

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行走疲劳容易导致老年人摔倒，如果能够检测疲劳程度，就有可能降低老年人的摔倒风险。为此，以低成本、高精度实时检测为目标，设计了一种基于多传感器数据融合的步态采集系统。该系统可同步采集人体单脚的踝关节三维加速度数据、三维角速度数据、三维磁场数据以及脚底 8 个位置的压力数据，通过无线蓝牙方式发送到上位机进行数据分析和参数计算。针对传统零速修正算法的步长计算存在计算繁琐、精度不高的问题，通过脚底 8 个位置的压力数据划分步态时相，结合步态运动学分析，确定行人每一步的零速时刻来对陀螺仪测量值进行补偿以改进零速修正算法。实验结果表明，改进的步长计算算法较传统的步长计算算法降低了累积误差，可以高精度检测行人步态参数。

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没有线性项的混沌系统分析与电路设计

徐启程, 孙常春, 何凯

控制工程. 2022, 29(7): 1227-1231.

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构造了一个没有线性项的新三维连续自治混沌系统，该系统仅由非线性项和常数项构成，一个非线性项是指数小于 1 的复合幂函数，通过调节参数，系统能生成两种不同类型的吸引子，即隐藏吸引子和自激吸引子。同时，对系统的复杂动力学行为进行了详细分析，包括平衡点的类型、 Lyapunov 指数谱、分岔图和庞加莱映射等，结果表明此系统具有混沌特性。最后，针对此混沌系统，进行了相应的电路设计，仿真结果验证了理论分析的正确性。

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线型多苯环染料分子结构最优化设计研究

周丽春, 金福江, 楚贝贝

控制工程. 2022, 29(7): 1232-1241.

摘要 ( )

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为了解决染料色谱深度和溶解度的矛盾，首先建立不含功能团的线型多苯环染料分子最大吸收波长与苯环个数模型，进一步引入羰基功能团，分别建立染料最大吸收波长与羰基个数和羰基位置的模型。依据以上模型，建立了以染料色谱深度为约束，相对分子质量最小为目标函数的弱极性染料分子结构的最优化模型，得到线型多苯环染料的色谱深度最大时最小的苯环个数、羰基个数以及最佳的羰基位置。最后将所设计的染料分子与结构相似的实际染料的颜色和分子量进行了对比，验证了所提染料分子结构最优化方法的可行性，为后续染料分子的设计提供了有效的方法和理论依据。

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含未知时延的多输入系统梯度迭代辨识算法

陶太洋, 肖东岳

控制工程. 2022, 29(7): 1242-1248.

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针对含有未知输入时延的多输入动态调节系统，基于过参数化后系统模型具有的稀疏特性，将压缩感知思想、梯度搜索和递阶辨识原理相结合，提出一种梯度追踪迭代辨识算法。该算法能够从过参数化的高维稀疏参数向量中获取少数关键非零参数位置，实现系统降维，并采用有限的输入输出测量数据，实现对未知参数和时延的联合估计，提高了辨识效率。最后，采用仿真示例验证了所提算法的有效性，仿真结果表明所提方法能够有效估计系统参数和时延。

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四旋翼航迹跟踪控制与仿真

陈运剑, 帅超, 刘剑刚

控制工程. 2022, 29(7): 1249-1254.

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四旋翼是一种运用广泛的飞行器，轨迹跟踪控制是四旋翼的研究热点。为了实现四旋翼对轨迹的精确跟踪，基于非线性制导算法进行轨迹跟踪控制。建立了四旋翼运动学模型，并介绍了基于非线性制导算法的轨迹跟踪控制。建立了非线性制导算法的带宽与速度和导引长度的关系，通过计算四旋翼姿态控制器带宽与期望航迹带宽，并根据香农采样定律求解出了非线性制导算法导引长度的取值限制范围。仿真结果表明，采用在取值限制范围内的导引长度，能够稳定快速地收敛到期望航迹，拐弯处航迹误差小于 1.5m，此时，四旋翼有最优的航迹跟踪效果。

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锂电池 SOC 与 SOP 的联合估计

张宵洋, 张振福, 于志豪

控制工程. 2022, 29(7): 1255-1263.

摘要 ( )

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锂离子电池精确的荷电状态(SOC)和功率状态(SOP)对于电动汽车的稳定运行尤为重要，对此提出了一种锂电池 SOC 与多约束条件下 SOP 的联合估计方法。首先，建立了二阶 RC 等效电路模型，并运用迭代无迹卡尔曼滤波算法来估计荷电状态；然后，结合荷电状态的估计结果，在多约束条件下对 SOP 进行联合估计；最后，在动态应力工况和快速脉冲工况下对联合估计算法进行了 MATLAB 仿真测试验证。结果验证了所提联合估计算法对于 SOC 和 SOP 联合估计的有效性，并且具有较高的估计精度和较好的鲁棒性。

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非仿射纯反馈非线性系统的自耦 PID 控制

刘文珏, 曾喆昭

控制工程. 2022, 29(7): 1264-1270.

摘要 ( )

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针对非仿射纯反馈非线性系统的控制难题，使用了一种自耦 PID (ACPID)控制方法。该方法通过引入一个未知状态和一个未知扩张状态，将未知非仿射纯反馈非线性系统映射为等价的未知线性仿射系统，并构建了一个在扩张状态反相激励下的受控误差系统，进而设计了以速度因子为核心耦合因子的自耦 PID 协同控制律模型。在复频域分析了ACPID 协同控制系统的全局鲁棒稳定性，仿真结果验证了所提控制方法的有效性，在未知非线性复杂系统控制领域具有重要的理论意义和广泛的应用前景。

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基于改进烦恼率模型的电梯振动舒适性研究

马振宝, 陈琛, 温迪, 牛大鹏

控制工程. 2022, 29(7): 1271-1277.

摘要 ( )

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电梯振动是对电梯舒适性进行评价的重要指标。针对电梯振动舒适性评价现有规范和方法的缺失，提出基于改进烦恼率模型的电梯振动舒适性评价模型，对隶属度函数加以改进以适用于电梯振动环境，同时考虑人的主观感知的差异性和判断的模糊性，得到改进的烦恼率模型，用连续、定量的评价方法代替传统的离散、定性的评价标准，为电梯振动舒适性评价研究提供了新的思路。

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基于分位数损失的短期概率负荷预测

许言路, 南哲, 赵琳, 徐腾腾, 王斌斌, 邓卓夫

控制工程. 2022, 29(7): 1278-1284.

摘要 ( )

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为提高电力负荷预测精度，并针对用电不规律导致的负荷数据波动性大的问题，提出一种分位数损失引导的门控卷积神经网络模型。首先，使用卷积神经网络提取出历史数据中更多的重要特征；其次，在模型训练过程中采用分位数损失指导训练，然后添加门控单元使得关键特征更加明显；最后，模型输出每个分位点的预测值。实验结果表明，相对于多种概率负荷预测模型，所提的分位数引导的门控卷积神经网络模型在概率负荷预测方面具有更好的预测精度，同时具有良好的实际应用前景。

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一种基于预测函数的滑模控制方法

陈园, 周丽, 马剑辰, 姚波, 凌志豪

控制工程. 2022, 29(7): 1285-1294.

摘要 ( )

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针对一类多输入多输出系统，为了削弱滑模控制引起的抖振问题，提出了一种基于预测函数的滑模控制方法。该方法根据系统实际输出值与参考轨迹的误差设计滑模面，引入预测函数，预测未来时刻的误差以得到未来时刻的滑模面，改进滑模趋近律来设计控制器，并加入约束条件来优化系统性能指标。该方法能保证系统稳定，削弱滑模控制给系统带来的抖振现象，且具有鲁棒性强的优点。最后以倒立摆为例进行了仿真，仿真结果验证了该方法的有效性。

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基于模型预测的车辆协同编队控制

邹存名, 单慧, 李洪兴

控制工程. 2022, 29(7): 1295-1301.

摘要 ( )

可视化

针对考虑车载传感器故障的非线性车辆协同编队控制问题进行了研究。首先，建立考虑传感器故障的非线性车辆协同控制系统模型。其次，在该模型的基础上利用李雅普诺夫方法设计基于线性矩阵不等式(LMI)的模型预测控制器，优化车队的控制性能指标，在保证车队渐进稳定和队列稳定的同时，进一步提高车队的控制性能。最后，通过以Arduino 为控制单元搭建的实验车队验证了算法的有效性和实用性。

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基于模糊群决策算法的高性能数据库优选

胡致杰, 黄小虎

控制工程. 2022, 29(7): 1302-1309.

摘要 ( )

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模糊群决策的两个主要问题包括完全一致模糊偏好关系(FPR)的构造和专家共识水平的提升，因此，构建了基于乘性一致性和共识调整模型的群决策算法，并将其运用于高性能数据库优选问题。首先，运用专家提供的 FPR，设计一种完全乘性一致 FPR 的构造方法，进而引入同时衡量一致性和共识性的一致性-共识性指数；其次，提出基于最小调整成本策略的群共识调整模型，以共识调整总成本最小化为目标函数建立最优化模型，进而得到每个专家的最优调整参数和共识阈值下界；最后，构建一种具有收敛性的模糊群决策算法。通过高性能数据库产品的优选实验表明，所构建的群决策算法在成本和效率方面更为有效。

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负荷跟踪型主蒸汽温度智能控制系统研究

任新瑞, 马立新

控制工程. 2022, 29(7): 1310-1316.

摘要 ( )

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针对传统 PID 控制对负荷波动下的主蒸汽温度控制系统实时性差、人工调参比较困难的问题，提出了负荷跟踪型模糊 PID 智能控制系统。采用负荷跟踪前馈控制，降低因负荷波动给整个系统带来的干扰。同时在系统反馈环节加入变步长灰色预测控制，提前得到系统输出，实现主蒸汽温度的超前控制，解决控制不及时的问题。 60 min 数据仿真结果表明，实时系统输出值与目标温度值的误差在 0.5~1℃，超调量减小 11.5%，调节时间缩短 18%。整个系统具有较强的负荷跟踪能力，能实现快准稳的主蒸汽温度智能化过程控制。

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异或交叉运算的移动 RFID 认证协议

彭丽艳, 卓毕生, 马尔仑

控制工程. 2022, 29(7): 1317-1322.

摘要 ( )

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针对传统式 RFID 系统无法满足当前移动式需求的问题，提出一种适用于移动式RFID 系统的双向认证协议。该协议摒弃传统加密算法，引入创新型的异或交叉运算对消息进行加密；加密算法依据加密参数自身汉明重量值大小进行不同的运算，迫使攻击者无法获悉隐形参量信息，增加破解难度。从安全及性能角度对协议进行分析，该协议与其他此类型协议相比较，在具备高安全性的前提下，也满足低成本 RFID 系统的需求。

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基于 RVM 联合 GSA-SVM 的 ICS 分层入侵检测算法

黄兆军, 曾明如

控制工程. 2022, 29(7): 1323-1329.

摘要 ( )

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针对工业控制系统(ICS)入侵检测中的攻击检测和攻击类型识别问题，提出了一种基于相关向量机(RVM)联合遗传模拟退火(GSA)优化支持向量机(SVM)的分层入侵检测算法。首先利用 RVM 分类器对 ICS 的高维网络特征数据进行自适应选择和分类识别，在自动确定最优分类特征的同时将入侵数据分类为“正常”和“异常”两类，然后利用 SVM对“异常”数据中的攻击类型进行分类，针对 SVM 识别性能受核参数选择影响较大的问题，利用 SA 算子对 GA 局部搜索能力进行改进，得到全局搜索和局部搜索能力较均衡的GSA 优化算法，对 SVM 核参数进行全局寻优，确保其收敛于全局最优解，从而提升识别性能。基于密西西比州立大学(MSU)公开的 ICS 入侵检测评估数据集开展试验，结果表明所提方法与其他常见方法相比具有更强的攻击检测和攻击类型识别能力，能够有效提升ICS 系统的安全性和可靠性。

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基于多标签深度网络的自动肋骨分割

王佳雯, 陈胜

控制工程. 2022, 29(7): 1330-1336.

摘要 ( )

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为解决放射科医生在观察 X 射线胸片时，因肺区肋骨和软组织的相互重叠而无法准确检测病灶的问题，提出一种基于多标签系统的自动肋骨分割的深度学习模型MUS-Net。首先，将 U-Net 网络作为主体网络结构，采用多尺度输入层构造图像金字塔，边输出层为不同尺度层生成相应的局部预测图，多标签损失函数生成最终的肋骨分割图；然后，采用计算机辅助检测系统生成肺区掩膜，与肋骨分割图结合得到肺区肋骨分割图；最后，对实验结果进行主、客观评价并与对比模型相比较，所提模型在分割精度、视觉感知方面均更优，证明了该模型的有效性。

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基于自适应 VMD-注意力机制 LSTM 的时间序列预测

姚林, 张岩, 陈龙, 韩中洋

控制工程. 2022, 29(7): 1337-1344.

摘要 ( )

可视化

真实世界中的时间序列存在非平稳、非周期性波动等特点，直接对其进行预测通常难以达到较好的效果，且极易出现滞后现象。针对上述问题，提出了一种基于自适应变分模态分解的时间序列预测方法。为降低复杂度，首先利用变分模态分解将原始时间序列分解为一系列相对平稳的子序列，并根据最大信息系数确定子序列的输入长度，进而采用带注意力机制的双向长短期记忆网络模型进行预测。为确保该方法能发挥最佳性能，提出一种网格贝叶斯优化方法，对方法参数进行自适应寻优。实验部分将所提方法对时间序列分别进行了单步、多步预测。通过与现有常用方法的对比可以看出，所提方法具有明显精度优势。此外，通过实验结果发现，所提方法可通过更换回归模型来取得预测精度和计算效率的折中，证明其场景适应能力较强。

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刊出日期：2022-07-20

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