控制工程

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王雨虹, 张威

控制工程. 2022, 29(8): 1345-1351.

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为抑制多机电力系统的低频振荡，提出将天牛群优化(BSO)算法应用到多机电力系统稳定器(PSS)的参数协调优化中。采用传统的超前-滞后型 PSS 模型，将 PSS 参数的协调配置问题转化为一个函数优化问题。首先利用 Prony 算法对振荡信号进行机电模式辨识，然后通过 BSO 算法迭代寻优最佳 PSS 参数。通过 MATLAB 软件搭建 IEEE 四机两区域系统，将优化好的参数应用到多机电力系统仿真中测试其准确性。仿真结果表明，相比于粒子群优化(PSO)算法、分层多子群的均匀分布混沌粒子群优化(HUCPSO)算法， BSO 算法具有更好的寻优能力，由该算法优化的 PSS 在改善系统阻尼和小信号稳定性方面具有良好的效果和性能。

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基于 Petri 网的迷宫问题最优路径求解方法

何舟, 施威杰, 张瑞杰, 古婵

控制工程. 2022, 29(8): 1352-1359.

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针对迷宫问题最优路径求解，建立了一种能够描述迷宫可行路径的 Petri 网模型。以行走总路径最短为优化目标，在填充冗余区域点的基础上，建立 Petri 网模型并对其进行简化。结合 Petri 网模型的结构特点和数学特性，提出了一种求解最优路径的整数线性规划模型。最后，利用 MATLAB 随机生成大量不同规模的迷宫，并通过仿真对所提算法与其他算法进行比较。仿真结果表明，所提算法能够快速有效地求解迷宫问题最优路径，具有良好的可行性。

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锂电池非线性退化模型和多目标储能优化

汪秋婷, 戚伟

控制工程. 2022, 29(8): 1360-1363.

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针对锂电池储能退化行为的描述和建模存在的缺陷，提出基于市场收益的锂电池多目标储能优化方法。该方法同时考虑电流大小和充放电状态对锂电池退化性能的影响，将非线性退化行为转化为嵌入式整数线性编码(MILP)，实现锂电池能量调度策略的最优化和收益最大化。提出的分段拟合函数和两阶时间分解技术，允许在有限的计算时间内处理更多的锂电池充放电数据，并实现储能最优策略。实验结果表明，所提出的多目标优化策略和非线性退化模型，能够准确地描述锂电池的非线性退化行为。

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基于 Markov 链重复请求的 LTE 网络需求响应分析

刘鸿飞

控制工程. 2022, 29(8): 1364-1369.

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长期演进(LTE)网络可用于为智能网络提供需求响应流量。针对网络中区域 LTE基站失效问题，提出一种需求响应模型。该模型采用自组网方式，通过多个远程终端控制系统构建集群。每个集群选择一个终端作为集群头，集群头承担网关任务，负责与其他集群通信，以确保在某些区域 LTE 基站失效情况下通信的可靠性。通过建立 Markov 链分析模型，对设备到设备通信的详细物理层传播过程、时域中静态资源分配、混合自动重复请求重传，以及用户设备接收上行链路数据传输过程进行分析。仿真结果表明，该需求响应模型具有较高的数据包传输成功率和较低的平均网络延迟，可支持大多数智能网络的灾难恢复应用。

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多种群萤火虫算法求解机器人路径规划问题

虞馥泽, 潘大志

控制工程. 2022, 29(8): 1370-1378.

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为解决机器人在静态环境中的路径规划问题，提出了一种以路径的长度和光滑性为目标的模型。针对此模型设计多种群萤火虫算法(MP-FA)，并引入人工蜂群算法调试获得 MP-FA 所需参数。首先，提出一种萤火虫的飞行规则用于初始化个体；然后，设计种群划分规则，将初始种群划分为多个子种群，对子种群内部和子种群之间的位置移动采取不同的策略，特别是对子种群内部的个体采取一种局部更新方式；最后，设计相应的路径简化规则与光滑规则对全局最优解进一步优化。仿真实验和统计分析的结果验证了 MP-FA对求解机器人路径规划问题有很好的适用性。

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深度神经网络轧制力建模及其并行优化研究

刘翰培, 汪宇轩, 王亚琴, 罗小川

控制工程. 2022, 29(8): 1379-1386.

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冷连轧过程控制的轧制力模型是整个轧制过程计算机控制的基础。为提高 5 机架2030 冷连轧系统轧制力模型的精度和适用性，提出了多输入多输出深度神经网络轧制力模型的数据预处理、建模和并行优化方法。对含有不同隐含层数和节点数的神经网络，采用不同训练算法（SCG 算法和 L-M 算法）与不同优化方法（多线程 CPU、单 GPU 和多线程 CPU+GPU），研究了神经网络结构、训练算法和优化方法对神经网络轧制力模型的性能、训练时长、线性相关系数的影响。研究结果表明：含有 2 个隐含层、采用 L-M 算法和多线程 CPU 优化方法可获得综合性能最优的神经网络轧制力模型；神经网络轧制力模型的计算误差远小于在线使用的 Siemens 轧制力模型的计算误差。

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论纠错无量纲比例增益的必要性及其改进策略

曾喆昭

控制工程. 2022, 29(8): 1387-1394.

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通过分析 PID 控制系统的物理属性发现， PID 控制中“无量纲比例增益与相互独立增益”的概念会引起量纲冲突与不协调控制机理两个理论问题。为了解决这两个问题，提出了两个科学思想：一是科学定义比例增益的量纲属性，纠正无量纲比例增益的历史性错误，以便消除 PID 控制系统的量纲冲突问题；二是探索三个增益之间的内在关系，纠正三个增益相互独立的历史性错误，以便消除比例控制力、积分控制力和微分控制力之间的不协调控制问题。研究结果开创了基于量纲匹配原则的控制理论发展新方向，具有重要科学意义。

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基于能量强耦合的双摆型塔机消摆控制

石怀涛, 黄建起, 王延臣

控制工程. 2022, 29(8): 1395-1403.

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为解决非线性双摆型塔式起重机欠驱动系统负载两级摆动幅值大、定位精度不高、抗干扰能力差的问题，基于能量强耦合的分析方法研究了塔式起重机转臂转动与两级摆角摆动之间的耦合关系，设计了一种防摆控制器，并通过李雅普诺夫方法和拉萨尔不变性原理证明了系统的稳定性。仿真实验结果表明，与其他应用广泛的控制方法相比，所提控制策略明显提升了负载的运送效率，有效地抑制了负载的两级摆角，消除了残余摆角，并且控制驱动力矩不会对系统造成冲击；在系统参数、目标位置变化和加入综合性外界干扰时，控制器具有优良的鲁棒性。所提控制策略具有良好的适应性和控制性能。

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非稳态下混凝土浇筑质量补偿控制方法研究

李冬, 张成龙, 裴东锋, 于文达, 刘振鹏

控制工程. 2022, 29(8): 1404-1409.

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针对预制混凝土构件非稳态下浇筑质量控制存在的质量偏差问题，提出了非稳态浇筑质量补偿控制方法。该方法从预制混凝土构件生产工艺流程出发，分析非稳态下浇筑质量控制存在偏差的原因和特点。据此，从浇筑构件的几何体质量模型和浇筑过程的浇筑质量模型两方面，基于数学推导建立并求解非稳态浇筑质量补偿控制模型。最后，采用实际浇筑生产数据开展实验验证。结果表明，设计的非稳态浇筑质量补偿控制方法能在较短的时间和距离内对浇筑质量偏差进行补偿，不仅可以提高预制混凝土构件浇筑精度，丰富浇筑质量控制相关理论，而且可以避免二次补料，节省工时。

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永磁同步电机改进型模型预测磁链控制

郭颖娜, 王琛琛, 肖海峰, 宁大龙, 乔社娟

控制工程. 2022, 29(8): 1410-1416.

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为了消除永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)代价函数中的权重系数并减少控制算法的计算量，优化传统 MPTC 方法，提出了一种基于广义基本电压矢量的改进型模型预测磁链控制策略。该策略依据电磁转矩、参考定子磁链幅值和转子磁链信息构造参考定子磁链矢量，根据参考电压矢量位置信息进一步对广义基本电压矢量进行筛选且实现最优占空比控制，利用定子磁链矢量误差选择最优电压矢量。仿真与实验结果表明，该策略可改善 PMSM 的转矩脉动，验证了所提方法的可行性与有效性。

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基于 WCF 技术的实时性通信架构研究

朱凯, 李鹏, 王亚君, 王勤勇, 佟凤

控制工程. 2022, 29(8): 1417-1423.

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随着计算机和通信技术的发展，具有高实时性数据访问的网络应用系统在众多行业中越来越受青睐。针对业务数据网络传输对交互延迟敏感的需求，提出一种并发连接数可控的通信架构，解决用户实时数据共享等问题。分析.NET3.0 框架下的 Windows 通信开发平台(WCF)技术，研究 WCF 技术原理。基于 WCF 技术，结合连接池、负载均衡及路由调度技术，提高网络带宽，加强网络数据共享能力；融入高实时性通信策略、 gSoap 技术，提高网络服务的访问速度。实验结果表明，所提通信架构能够高效准确地处理客户端的即时访问请求，具有一定通用性。

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基于随机有限集的信息物理系统状态估计

杨超群, 张恒, 何立栋, 杨文

控制工程. 2022, 29(8): 1424-1428.

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状态估计一直是信息物理系统(CPS)的基本问题之一。目前，状态估计主要采用以卡尔曼滤波及其扩展形式等为代表的随机过程方法。不同于已有研究，从信息融合的角度，提出了一种基于随机有限集的状态估计方法。通过将系统状态和传感器观测分别建模为随机有限集，并采用集贝叶斯滤波器及其粒子实现迭代求解，实现了对 CPS 状态的精确估计。最后，仿真结果验证了所提方法的可行性。

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事件驱动控制系统下的新型触发机制

沈斌斌, 王之伟, 池庆国, 孙连坤

控制工程. 2022, 29(8): 1429-1436.

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基于绝对触发机制，提出了一种混合触发机制用于分析事件驱动控制系统。首先，在绝对触发机制中加入相对触发条件，构建触发机制。其次，通过一个时延模型来表示事件驱动的触发机制，并引入一个调谐参数和一个加权矩阵用来消除控制器、输入矩阵和输出矩阵之间的耦合。再次，通过一定的理论推导，利用 Wirtinger 不等式和线性矩阵不等式(LMI)证明了闭合系统是稳定的，并最终指数收敛于一个有界区域。最后，仿真结果说明了所提方法的有效性。

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未知非线性系统的自耦 PD 协同控制方法

程启芝, 曾喆昭, 程婷, 王风琴

控制工程. 2022, 29(8): 1437-1442.

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针对未知非线性系统的控制难题，提出了一种具有全局鲁棒稳定性的自耦 PD (ACPD)协同控制新方法。该方法使用了与被控对象模型无关的速度因子来构造 ACPD 控制器模型及其增益整定规则，不仅有效解决了 PD 控制增益的整定难题，而且使比例与微分两个不同物理环节紧密耦合在一起形成一个功能各异而目标一致的协同控制核心。理论分析和仿真结果表明了 ACPD 控制方法的有效性。 ACPD 控制方法在未知非线性系统控制领域具有重要的理论意义和应用价值。

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基于 IMC-PID 的超临界火电机组 AGC 性能优化

盛锴, 邱靖, 周刚, 邓继军

控制工程. 2022, 29(8): 1443-1449.

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自动发电控制(AGC)功能要求火电机组的负荷响应具有较快的速度和较高的控制精度。常规的 AGC 采用基于 PID 的前馈-反馈控制策略，当电网 AGC 模式改变时，常规 AGC策略的性能可能发生恶化乃至引起考核。为了全面优化火电机组的 AGC 性能，设计了一种基于内模控制 PID(IMC-PID)的前馈-反馈功率控制回路，通过构建调节级压力-负荷的传递函数引入内模，在考虑分散控制系统离散控制特性和发电机响应特性的基础上实现控制回路参数整定。最后，将该策略应用在某 660 MW 超临界机组，结果表明机组 AGC 性能得到显著提升。

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基于稳态数据的逻辑积分 PI 切换控制

蔡红岩, 王霞

控制工程. 2022, 29(8): 1450-1456.

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基于过程稳态数据，为无源系统设计快速跟踪控制器，所设计的控制器不要求被控系统具有解析数学模型。对于无迟延的一阶无源非线性系统，能够从理论上确保系统的响应快速性和无超调性能。对于有输入迟延的情况，给出了线性系统超调和控制参数之间的关系。所设计的积分逻辑在避免积分对超调影响的同时，确保了系统在扰动下的无差性能。单容非线性水箱的仿真实验验证了所提方法的正确性和有效性。

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基于 Pearson-LOF 算法的梯联网数据采集端异常帧检测

石玉亮, 王呈

控制工程. 2022, 29(8): 1457-1463.

摘要 ( )

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针对梯联网采集数据中可能出现的异常帧，提出一种基于 Pearson-LOF 算法的异常帧检测方法，有利于为电梯状态监控和数据分析提供可靠的数据支撑。首先，分析各电梯运行特征间的 Pearson 相关系数，将存在强相关性的特征相除，将得到的最大比例系数作为一个电梯运行特征。然后，使用局部异常因子(LOF)算法实现对异常帧的检测。实验结果表明， Pearson-LOF 算法具有较高的检测准确率和较低的误检率，能有效解决设备运行特征间存在强关联性的多维数据采集中异常帧检测问题。

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不确定混沌系统同步的自耦 PID 协同控制方法

苏杰, 曾喆昭, 熊屹林

控制工程. 2022, 29(8): 1464-1472.

摘要 ( )

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针对不确定混沌系统同步问题，研究了一种自耦 PID 协同控制方法。该方法将系统动态和内外不确定性定义为总和扰动，从而使非线性不确定系统变换为线性不确定系统，进而构建了总和扰动激励下的动态误差系统，据此设计了由速度因子为内在联系的自耦 PID 协同控制器模型，并建立了增益整定规则。理论分析证明了自耦 PID 闭环控制系统不仅具有全局渐近稳定性能，还具有良好的抗总和扰动鲁棒性能。仿真和实验结果表明，自耦 PID 协同控制方法具有响应速度快、控制精度高、抗总和扰动鲁棒性良好等诸多优点。自耦 PID 协同控制器模型有效解决了传统 PID 控制增益整定难题，在未知复杂系统控制领域具有广泛的应用前景。

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永磁同步驱动电机的滑模控制研究

闫宏亮, 马菊菊, 姬海斌

控制工程. 2022, 29(8): 1473-1479.

摘要 ( )

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为了提高连续波泥浆脉冲器驱动电机调速系统转速响应的速度以及系统的鲁棒性，提出了一种改进变指数趋近律。此趋近律相比于传统指数趋近律没有增加新的参数，却达到了减小抖振和提高抗扰性能的目的，其可行性在理论上得到了证明。基于改进变指数趋近律设计了速度环滑模控制器，并进行了仿真分析与实验验证。结果表明，基于改进变指数趋近律的速度环滑模控制器可以有效提高电机的转速响应速度、抗扰性能，并减小了抖振。

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通信时延下 AUV 集群的分群控制算法

李成凤, 张阳伟, 张弘强

控制工程. 2022, 29(8): 1480-1486.

摘要 ( )

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为解决通信时延下自主水下机器人(AUV)集群系统协同分群控制问题，借鉴经典蚁群算法概率公式，利用存在通信时延的子群规模需求信息和个体与群目标的距离信息，设计了满足期望子群数量和规模的就近分群策略。然后，设计了通信时延下的协同分群控制算法，使集群系统产生子群数量、规模和速度均满足需求的分群行为。最后，理论分析和仿真结果表明了该算法的有效性和可行性。

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基于改进自抗扰控制的永磁同步电机位置控制策略

邵佳威, 蒋全, 倪燕青, 周涛, 李抑非

控制工程. 2022, 29(8): 1487-1496.

摘要 ( )

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提出了一种变结构的线性自抗扰控制(LADRC)策略，以提高永磁同步电机双闭环（位置速度一体环、电流环）位置控制系统的抗扰动能力。首先，利用位置/速度曲线规划，将位置信号和速度信号联系到一起，从而替代跟踪微分器环节。然后，根据分数阶理论，改进 LADRC 中的 PD 控制策略，进一步提高系统鲁棒性。最后，引入级联线性扩展状态观测器，对系统扰动进行二次观测，提高对外部扰动的抑制能力。实验结果表明，相比于常规 LADRC，在外部突加相同负载的情况下，位置误差波动减小了约 80％，带载时q 轴电流波动减小了约 60％。所提控制策略能够提高系统的稳定性和抗扰动能力。

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基于环境感知与重建的外骨骼爬楼梯步态研究

龚茜茹, 赵建超

控制工程. 2022, 29(8): 1497-1504.

摘要 ( )

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重点讨论下肢外骨骼对楼梯环境的感知与重建，以及相应步态模式的规划算法。通过外骨骼前端的深度相机获取楼梯的点云信息，基于 K 近邻法寻找相似点，基于奇异值分解来估计每个输入点的法向量。采用区域生长算法并根据点的空间位置和法向量将点云分割成不同的区域，采用 L-0 范数最小化算法去除分割点云中的噪声。该方法通过对点云进行处理，从而获得楼梯的几何信息，将其用于步态规划算法，通过三维点云生成外骨骼步态。实验结果表明，该方法能准确测量楼梯的几何尺寸。

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基于区块链的多域微电网电力市场动态博弈

建威, 付保川, 吴征天, 张新, 徐小舒, 赵升, 卢舜恺

控制工程. 2022, 29(8): 1505-1513.

摘要 ( )

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区块链作为一种去中心化的数据库技术，可针对电网分布式能源实现有效信息交互。随着双碳目标的提出，微电网成为能源互联网的重要组成部分。基于此，提出了一种多域微电网代理商的定价及购电策略，并基于区块链设计了全新的电力交易模式以改进微电网电力市场。为实现代理商和微电网用户各自追求利益最大化，构建了主从博弈模型。仿真结果表明，区块链公开透明的特点有效提高了用户用电决策的精准性和运营商的经济效益，实现了多方共赢，该模型的适应性和有效性得到了有效验证。

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列车辅助系统传感器故障诊断与容错控制

李学明, 徐绍龙, 成正林, 陈志文

控制工程. 2022, 29(8): 1514-1519.

摘要 ( )

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针对机车、动车组辅助系统辅变电压传感器故障后导致系统失效，无法进行容错控制的问题，提出了一种有效的故障诊断与容错控制方法。基于三相测量系统的特点，以单相二阶广义积分锁相环(SOGI-PLL)算法为基础，实现三相线电压测量值的冗余估计。利用残差生成单元和修正的贝叶斯分类算法对故障传感器进行实时检测与定位，并在传感器故障工况下用相关预估器估计值代替电压传感器信号，实现系统的容错控制。半实物仿真与现场故障案例的测试结果表明，所提算法能快速诊断出故障传感器并具有容错控制功能，可有效提升列车可靠性和运行效率，具有广阔的工程应用前景。

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基于 LSTM-CNN 的双馈风力发电机电刷滑环电弧故障诊断

莫英东, 夏鲲, 王晗钰, 苏华

控制工程. 2022, 29(8): 1520-1527.

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由于双馈风力发电机(DFIG)的装机地点环境恶劣， DFIG 电刷滑环的电弧故障时常发生。鉴于电弧故障严重影响电力设备的稳定运行，提出了一种基于长短期记忆-卷积神经网络(LSTM-CNN)的 DFIG 电刷滑环故障电弧检测模型。首先，分析了 DFIG 中电刷滑环产生故障电弧的原因。然后，以电流、电压和磁环三种信号作为输入，滤波后构建基于 LSTM-CNN 的故障电弧检测模型。最后，搭建滑环装置诊断实验平台，在神经网络结构含有相同层数的情况下，用相同的实验数据训练 LSTM 神经网络、 CNN 和 LSTM-CNN。实验结果表明，基于 LSTM-CNN 的故障电弧检测模型的精确率和召回率均保持在 99%以上。相较于单一的 LSTM 神经网络模型和 CNN 模型，所提出的模型对故障电弧的检测准确率提高了 4%以上，具有较强的工程实践意义。

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基于极值分段特征标识的时间序列分类方法

梁建海, 方英武, 宋新海, 苗壮

控制工程. 2022, 29(8): 1528-1536.

摘要 ( )

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时间弯曲距离受最优路径和距离计算方式限制，累加距离不能有效区分时间序列的类型。标识极值能够获得时间序列的区间性特征，相应的特征标识能够对距离相同但趋势不同的时间序列进行有效分类。提出分析同类时间序列的时间弯曲距离结果获得典型时间序列，根据极值点进行分段，在标准差的基础上形成特征标识。对达到距离要求的目标时间序列和典型时间序列进行标识匹配，最终明确其类型。所提算法解决了时间序列分类过程中时间弯曲距离度量局限性的问题。最后，证明了算法的理论可行性，并给出了其整体流程。实验结果表明，基于极值分段特征标识的时间序列分类方法具有良好的分类性能。

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2022年, 第29卷, 第8期　
刊出日期：2022-08-20

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