控制工程

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杨国田, 王英男, 谢锐彪, 刘凯, 李新利

控制工程. 2023, 30(1): 1-7.

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燃煤电站的 NOx排放是造成大气污染的主因之一，准确测定 SCR 入口处的 NOx浓度对控制 NOx 排放具有重要意义。针对燃煤过程中的高维参数变量，提出基于随机子空间的集成深度信念网络预测算法。利用偏最小二乘法对现场数据进行特征提取并计算方差解释度；根据方差解释度进行随机子空间划分，建立输入样本在不同方向上的投影子空间，在各个子空间训练相同结构的基学习器；最后，通过BP 神经网络进行集成。以 660 MW超超临界直流燃煤锅炉为研究对象，进行仿真实验，结果与常用 NOx 排放预测模型进行对比，表明所提预测模型有良好的提升效果。

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云环境中基于联盟链的多中心数据共享系统

徐博, 谢江山, 徐晓慧, 魏岚, 王良源, 彭凯

控制工程. 2023, 30(1): 8-17.

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云存储数据共享服务面临着用户数据泄露和篡改的安全威胁，属性加密算法适用于云环境中的数据共享。然而，传统的属性加密方案依赖可信第三方，属性服务器存在被恶意攻击的风险。针对这一问题，设计了一种基于联盟区块链和密文策略属性加密的数据共享系统。该系统采用具有多中心的属性授权机构提供稳定的属性私钥生成服务，结合混合加密技术实现原始数据和密钥的分区管理；同时利用联盟区块链能在不完全可信的环境中管理数据的特点，实现隐私数据密钥上链和属性授权溯源，对用户数据的安全和隐私提供有效保护。对系统的安全分析和实验评估表明，该系统能有效抵抗共谋攻击，实现用户数据访问的细粒度控制。

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基于指令滤波的 PMSMs 全状态约束有限时间控制

于慧慧, 于金鹏, 刘加朋, 于海生

控制工程. 2023, 30(1): 18-26.

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针对考虑全状态约束的永磁同步电动机系统，提出了一种基于指令滤波技术的神经网络自适应有限时间位置跟踪控制方案。首先，利用有限时间控制加快系统收敛、减小跟踪误差以及有效解决系统的负载转矩扰动问题；其次，引入指令滤波技术解决传统反步控制的“计算爆炸”问题，设计有限时间误差补偿机制抑制了滤波误差的影响；最后，运用神经网络自适应技术处理系统中未知的非线性函数，引入障碍 Lyapunov 函数确保系统的状态量被约束在预定义的紧集内。仿真和实验结果表明，该方法可以实现对期望信号快速有效的跟踪。

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单边 Lipschitz 非线性时滞系统的迭代学习控制

郭之恒, 田森平, 顾盼盼

控制工程. 2023, 30(1): 27-31.

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考虑了一类时滞单边 Lipschitz 非线性系统的迭代学习控制问题。针对该类非线性系统，基于 P 型学习算法构建了迭代学习控制器。利用单边 Lipschitz 条件，从理论上证明了在该算法的作用下，系统的输出在整个时间间隔内可实现对期望轨迹的完全跟踪。最后，通过数值仿真验证了算法的有效性。该研究在一定程度上拓展了迭代学习的应用范围，对迭代学习控制理论的进一步推广和完善具有重要意义。

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含缺失数据的 EIV 系统辨识

黄佳成, 谢莉

控制工程. 2023, 30(1): 32-38.

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针对含缺失数据的变量带误差(EIV)系统，直接利用协方差匹配(CM)算法进行辨识的精度有限，为此提出一种协方差匹配迭代(covariance matching based iterative, CMI)算法。首先基于不完整数据集，利用 CM 算法获得模型参数的初始估计，然后采用交互估计理论，利用获得的参数计算缺失输出数据的估计，重构得到完整的数据集后再进一步利用 CM 算法更新参数估计。两者执行了递阶计算过程，通过迭代辨识逐步提高参数估计精度。仿真结果表明，CMI 算法的参数估计误差在输出数据缺失率达到 60%时仍然能够保持在 2%以下，且随输入端和输出端噪信比的变化速率仅为 CM 算法的 16.8%和 10.8%，验证了所提算法具有较高的辨识精度和良好的鲁棒性。

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基于 RWNN 补偿的下肢外骨骼滑模控制

张燕, 王岩, 陈玲玲, 刘作军, 张瑞鑫

控制工程. 2023, 30(1): 39-46.

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针对下肢外骨骼系统精确动力学模型难以得到，且易受干扰等不确定性因素影响，提出一种基于递归小波神经网络(recurrent wavelet neural network, RWNN)补偿的滑模控制方法。结合拉格朗日原理和气动肌肉驱动特性，建立外骨骼系统模型，并将模型分为结构参数已知的标称部分和结构参数未知的不确定部分；对于标称部分，采用滑模控制方法进行控制，对于不确定部分，采用递归小波神经网络进行逼近；根据 Lyapunov 稳定性原理，证明了闭环控制系统的稳定性。搭建实验平台进行验证，结果表明外骨骼系统能够较好地跟踪期望轨迹，验证了所提控制方法的有效性。

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基于自适应混沌改进 NSGA-II 的微网需求响应配置

张会林, 欧阳婷, 杨海马

控制工程. 2023, 30(1): 47-53.

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为降低微电网成本，提高需求响应调节负荷能力和减缓微网高峰供电压力，提出基于自适应混沌改进 NSGA-II 的微网需求响应配置方法。首先，以微网运行成本和环境成本为多目标优化模型，再采用自适应混沌改进 NSGA-II 算法优化求解模型，其中在自适应混沌改进 NSGA-II 算法中引入混沌序列和采用自适应策略，并采用正态分布的交叉算子以及动态更新算子来避免传统 NSGA-II 算法易陷入局部最优解的问题。最后，在算例中与 MOPSO 算法对比，结果表明该方法能够有效节约微网成本，完成合理的需求响应，保障用户稳定用电以及有效利用储能，提高了微网灵活性，方案具有可行性。

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动力学模型不确定的上肢外骨骼自适应滑模控制

刘健, 弓正菁, 张燕, 卢宁

控制工程. 2023, 30(1): 54-61.

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为了解决上肢外骨骼系统中动力学模型不确定情况下的轨迹跟踪问题，提出了一种自适应滑模控制策略。该控制策略采用径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络对动力学模型进行估计，并根据估计值设计自适应滑模控制律。利用李雅普诺夫稳定性判据证明控制系统的稳定性。为验证控制策略的有效性，使用 Kinect 传感器获取人体上肢动作关节角度变化曲线，并使用 SolidWorks 建立人体和上肢外骨骼模型，同时将其导入 Adams 中，进行 Adams 和 MATLAB 联合仿真。最后，仿真结果表明，实际关节角度与期望关节角度的误差在收敛后小于 0.01，即使在动态模型不确定的情况下，所提控制策略也能获得优异的控制效果。

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永磁同步电机快速超螺旋滑模控制

宋昱霖, 李洪文, 邓永停

控制工程. 2023, 30(1): 62-69.

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为了增加永磁同步电机(PMSM)服控制系统的抗干扰能力，提高控制系统动态响应性能，提出了一种基于全局快速滑模控制和超螺旋算法(STA)的全局快速超螺旋滑模速度控制器并应用于永磁同步电机转速控制。根据经典超螺旋算法提出了改进的新型超螺旋算法，解决了经典超螺旋算法存在的收敛速度慢、参数选取依赖干扰边界信息等缺点，并在提出的新型螺旋算法的基础上证明其稳定性和有限时间收敛的特性。最后，针对不同的扰动与摄动分别验证了该算法的鲁棒性并求出最佳系数。仿真结果表明，与 PI 控制、终端滑模控制、经典超螺旋终端滑模控制相比，该方法能在电机空载启动时及外加时变干扰等情况下使稳态误差减小和鲁棒性显著提升。

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车载 AC-DC 变换器的模糊无差拍控制策略

马驰, 曾国辉, 黄勃, 刘瑾, 韦钰

控制工程. 2023, 30(1): 70-77.

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针对车载充电机前级 AC-DC 变换器工作时，网侧电流存在严重畸变以及系统的动态响应性能不足的问题，提出了一种模糊控制和无差拍控制相结合的功率因数校正控制策略。在小信号建模的基础上，对传统 PI 平均电流控制进行分析，将其电压环改用模糊 PI 控制，以增强直流侧电压的动态响应性能；将电流环改用无差拍控制，以提高交流侧电流质量、减小谐波损耗。同时对无差拍控制进行了改进，通过预测第 k+2 时刻采样电流和第 k+1 时刻参考电流，改善了实际系统的时间延时和相位滞后问题。采用 MATLAB/ Simulink 进行仿真，结果表明该控制策略有效地减小了网侧电流的总谐波失真，并提升了输出侧的动态响应指标。

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基于流程模拟的硝酸吸收塔多目标操作优化

代敏, 杨晗, 杨福胜, 张早校, 侯建民

控制工程. 2023, 30(1): 78-82.

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吸收塔是根据生产硝酸的关键设备之一，为了实现生产硝酸的关键设备-吸收塔的氮氧化物(NOx)的低排放和高浓度硝酸产品的产出，采用进化算法和过程模拟相结合的方法，对硝酸吸收塔进行了多目标优化。建立了 Aspen Plus 与 MATLAB 联合仿真的交互界面，采用非支配排序遗传算法研究了强调以最大硝酸纯度与最小尾气排放为目标的优化方案，并分析了用水量、塔压降、中段回流量、中段回流温度等操作条件对吸收性能的影响。结果表明，增加用水量和压降均可降低 NOx的排放，中段回流量与中段回流温度存在线性关系，在NOx排放降低140.4 ppm的情况下，酸浓度相对于实际操作工况可增加0.98%；在酸浓度增加 2.97%的情况下，NOx排放相对于实际操作工况仍可降低 89 ppm，为硝酸吸收塔操作变量的优化提供了重要的数据支持和优化建议。

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基于加权双向投影的决策专家权重确定方法

杜秀丽, 聂彦刚, 吕亚娜, 邱少明

控制工程. 2023, 30(1): 83-89.

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针对现有单向投影法存在相似度误判的问题，提出一种区间数矩阵加权双向投影公式，其能更好地度量矩阵间的相似性关系，进而提出基于加权双向投影的专家权重确定方法。首先将每位决策专家的决策矩阵进行集结形成平均决策矩阵，然后通过专家个体隶属度矩阵、非隶属度矩阵与群体平均隶属度矩阵、非隶属度矩阵的加权双向投影值来获得专家个体与群体的相似度，进而通过相似度确定每位专家的权重。不仅充分利用了决策数据，还解决了现有投影法相似度误判的问题。最后通过 3 种具体的决策实例分析，验证了所提方法的有效性以及适用性。

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基于改进差分进化算法的微网容量优化配置

张子恒, 吴定会, 杨朝辉, 马睿洁

控制工程. 2023, 30(1): 90-97.

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针对风光柴储独立型微网的容量配置问题，综合考虑经济性、环保性和系统可靠性等要求，以总成本最低为目标，构建了容量配置模型，针对传统算法对模型求解精度不高、求解速度较慢的问题，提出了一种改进的差分进化算法。该算法在初始化种群阶段采用了反向学习策略以获得更优良的初始化种群，在变异阶段通过精英策略对种群进行划分，采用双变异策略和自适应变异参数对不同种群应用不同的变异操作，改进算法前期的全局搜索速度和后期的局部搜索精度。实验结果表明，将所提方法使用在微网容量优化配置上，可使成本下降 4.9%，年缺电率控制在 0.2%，算法表现良好。在更大规模的容量配置中，改进的差分进化算法有着更广阔的应用价值。

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基于可视化的厚板板形异常分析系统

徐德鹏, 张同康, 刘长鑫, 刘晔, 丁进良

控制工程. 2023, 30(1): 98-104.

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随着钢铁市场竞争日益加剧，提高厚板生产的板形质量已成为钢铁企业亟需解决的问题。针对厚板生产数据的体量大、维度高、来源复杂等问题，设计开发了基于可视化的厚板板形异常分析系统。系统将现场经验和可视分析相结合，通过平行坐标图分析高维指标间的关联关系，利用散点图展示降维后的高维指标的二维分布，以河流图和单轴散点图的方式对板形异常原因进行追溯，使用正态分布曲线对比分析异构数据的分布情况，综合上述方案分析出影响板形质量的因素。结合某钢铁企业的实际生产数据进行分析，实验表明系统能较好地为现场工程师提供辅助决策。

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基于改进 NSGA-III 算法的多目标柔性作业车间调度

欧阳洪才, 张桐瑞, 吴定会

控制工程. 2023, 30(1): 105-112.

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针对多目标柔性作业车间调度问题求解效率低的难题，提出了一种改进 NSGA-III (non-dominated sorting genetic algorithm-III)调度优化算法。首先，建立了考虑直接能耗和间接能耗的多目标柔性作业车间调度模型；然后，结合两段式编码设计了一种混合分配策略，应用于种群的初始化，并通过进化算子确定子代种群的生成；最后，基于参考点的小生境选择策略，利用双层正交边界交叉方法生成一组预定的参考点，并根据种群熵值变化率设计自适应淘汰策略用于非支配精英存储策略。通过对 11 个作业车间调度问题算例进行改造，验证了改进算法求解多目标柔性作业车间调度问题具有较高的求解质量和求解效率。

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仿雁群行为的领航-跟随无人机编队控制

彭建帅, 付兴建

控制工程. 2023, 30(1): 113-118.

摘要 ( )

可视化

受大雁飞行行为的启发，提出了一种仿雁群行为的领航-跟随控制，设计了有人/ 无人机编队队形保持控制策略。首先，从编队体系和控制原理角度设计了领航机的运动学模型，通过接收领航机相对跟随机位置的测量值，对编队的航向、马赫数和高度进行实时控制。再考虑跟随机配对受外界干扰情况，针对编队运动学模型特点设计了动态反馈自适应编队队形保持控制方法。最后，利用 MATLAB 进行了基于所建立的长机模型和僚机模型的仿真，结果表明无人机能够基于雁群群体行为机制，形成编队，并变换队形后能迅速稳定并保持队形，且当无人机群受到外界干扰时，编队的速度和航向角始终趋于期望值，验证了仿雁群行为的领航-跟随无人机编队的有效性。

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非对称约束下非线性系统的有限时间控制

单锐, 吕紫青, 王芳

控制工程. 2023, 30(1): 119-125.

摘要 ( )

可视化

针对具有非对称输出约束和外界干扰的非线性不确定系统，提出了基于固定时间干扰观测器和非对称障碍函数的有限时间控制策略。首先，采用非对称障碍函数处理系统的输出约束问题，保证输出满足约束条件；其次，通过构造固定时间干扰观测器对外界干扰进行估计，且估计误差在固定时间内收敛到零；再次，基于 Lyapunov 稳定性理论证明闭环系统在有限时间内有界稳定且输出满足约束条件；最后，通过永磁同步电机的仿真实验验证了所设计的控制策略的有效性。

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IPMSM 有效磁链二阶滑模自适应估计控制

张萌, 伍彩云, 肖海峰

控制工程. 2023, 30(1): 126-133.

摘要 ( )

可视化

针对传统滑模观测器的动态品质差、抖动大的问题，提出一种基于无位置传感器内置式永磁同步电机控制系统的定子有效磁链二阶滑模自适应磁链观测器。该观测器利用超螺旋算法理论，以静止坐标系下电流误差及电流误差的估计值为状态变量，构造出定子电流误差估计值的二阶滑模自适应观测器，得到准确的有效磁链估计，使得该估计值可在有限时间内快速收敛且具有强鲁棒性;同时利用定子磁链估计值获取电机转子位置信息，实现电机稳态运行。仿真和实验结果表明，在不同负载条件下该观测器具有很强的适应性，且磁链估计值抖动小、精度高，因此所提控制方案可行有效。

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基于 IMCO 模型速度预测的 PMSM 改进电流预测控制

齐歌, 李敬业, 马丁, 孙浩锋

控制工程. 2023, 30(1): 134-140.

摘要 ( )

可视化

针对永磁同步电动机传统无差拍电流预测控制中电流采样等数字延迟而导致的跟踪误差大、控制精度低等问题，提出一种带有预测电流误差校正环节的两步预测控制方法。传统速度环采用 PI 控制会使系统仍存在启动超调、动态响应时间长、抗负载扰动能力差等缺陷，因此，在改进型无差拍电流预测控制的基础上，速度环采用基于负载扰动补偿的模型预测速度控制策略，构建内模控制观测器(internal model control observer, IMCO)来估计负载扰动进而对速度环输出值进行前馈补偿。在 Simulink 环境下进行仿真，通过仿真结果对比可知，所提方法具有响应快、超调小、静态误差小的特点，可提高系统的抗负载扰动性能和稳定性。

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孤网下光储直流微网控制策略研究

王君瑞, 代丽, 周静超, 王丽宝

控制工程. 2023, 30(1): 141-147.

摘要 ( )

可视化

针对光伏发电在传统 MPPT 控制误判、波动大的问题，提出基于反推法的 MPPT 控制策略；系统协调运行控制则根据模糊控制理论，设计模糊控制器来确定各单元工作模式，使系统稳定。实验结果表明，基于反推法的 MPPT 控制策略可以减小光伏发电系统在环境改变时的跟踪波动，反应快、稳定性好，基于模糊控制的系统协调运行策略能准确协调不同环境下各单元工作模式，使系统中的功率达到供需平衡。

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受电弓摩擦副载流磨损特性研究

刘殊豪, 冯一桐, 许雪飞

控制工程. 2023, 30(1): 148-153.

摘要 ( )

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为了解决电气化铁路受电弓网中摩擦副的磨损严重问题，采用自行开发的滑动电接触实验机，基于浸铜碳滑板和纯铜接触线为实验材料，在不同条件下进行了载流磨损实验，分析了受电弓滑板的磨损率与接触压力，接触电流和滑动速度之间的关系。基于方差分析表，采用 F 检验方法比较接触压力、接触电流、滑动速度 3 个因素对磨损率的影响程度，通过数据拟合的方法，建立磨损率的数学模型，并通过实验验证了所建立模型的有效性。

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基于 FCM 的电网调频辅助储能系统

王首阳, 秦会斌, 华咏竹, 秦晋

控制工程. 2023, 30(1): 154-161.

摘要 ( )

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针对传统电网频率的调节过程主要由发电机组进行，存在响应慢、转换效率低等不足的情况，提出了一种基于模糊 C 均值(fuzzy C-means, FCM)的电网调频辅助储能系统。首先由电网频偏情况得到调节所需功率，根据下垂控制方法及误差修正策略，实现频率偏移的用户侧负荷响应。然后根据电池荷电状态和设备额定功率，借助 FCM 算法进行设备聚类划分，通过调节工作模式及充放电功率，迭代优化功率分配，辅助电网调频。仿真结果表明，电网频率峰值偏移和方差均得到有效改善，该系统能够实现高效的双向电网频率调节，提高电网电能质量，为后续大数目、多类型储能设备协同调频提供了理论支撑。

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基于 SMC 的变风量空调房间温湿度解耦控制

汤嘉伟, 王成轩, 吴征天

控制工程. 2023, 30(1): 162-168.

摘要 ( )

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针对变风量(varied air volume, VAV)空调系统运行过程中，温湿度控制回路之间存在强耦合效应，同时，考虑到 VAV 空调系统具有非线性、大时滞、大惯性等动态特性，传统的控制方法很难对其实现精确的控制，提出了基于滑模控制的 VAV 空调房间温湿度解耦控制系统，分别设计了解耦环节和滑模控制方案。MATLAB 仿真结果显示，所提方法不仅能有效消除温湿度控制回路间的耦合效应，且相较于传统的 PID 控制策略，在滑模控制策略下温湿度控制系统具有更小的超调、更快的响应速度、更短的调节时间，且控制过程更加平缓稳定，一定程度上改善了整个系统的控制性能。

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基于 IMU 和 Kinect 的人体下肢动作捕捉算法的研究

郭欣, 孙侨, 张燕

控制工程. 2023, 30(1): 169-176.

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Kinect 传感器在进行人体下肢关节定位时，因数据噪声多、深度数据不匹配、环境复杂等因素影响，导致出现局部位置信息丢失的情况，为此，提出了一种基于四元数的改进算法，通过使用低成本的惯性测量单元(IMU)来对 Kinect 传感器的异常数据进行判别与修正。使用改进后的四元数法对髋关节、膝关节和踝关节进行位置解算，以进一步提高解算结果的准确度，简化繁琐的实验流程。通过实验数据的对比发现：改进后的四元数算法可以让复杂的实验过程得以简化，关节角度的均方根误差(RMSE)相较于改进前的算法减小了约 0.175；在 IMU 与 Kinect 传感器数据相结合后，能够很好地对其异常数据进行修正。

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平行导引律优化的多机器人免疫围捕算法

袁明新, 黄艇, 高云强, 刘锁东, 刘维

控制工程. 2023, 30(1): 177-185.

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为了提高多机器人协作围捕效率，提出了基于平行导引律的多机器人免疫网络协作围捕算法。首先，将围捕者的运动策略作为抗体，逃逸者和目标区域的位置信息作为抗原，通过抗体和抗原的刺激和抑制来构建协作围捕免疫网络；然后，基于平行导引律定义了平行导引律调节因子；最后，通过抗体浓度自适应选择来完成围捕任务。数值测试表明，与其他算法相比，免疫围捕算法不仅保证了围捕成功率，而且所需步数平均减少 21%，转角平均减少 13%；而仿真平台的测试对比结果表明，围捕算法所需时间平均减少 7%，转角平均减少 24%，从而验证了基于平行导引律的多机器人免疫围捕算法的有效性。

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从科学基金角度剖析广东人工智能产业发展现状

陈孟

控制工程. 2023, 30(1): 186-192.

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人工智能是国家支持的重要发展方向。广东省作为全球制造业中的重要组成部分，需紧跟人工智能发展方向，以利于以珠三角电子产业为代表的制造业的转型升级。科学基金是支撑人工智能基础与应用研究的重要力量，与该领域的产业升级息息相关。本文通过统计广东省基础与应用基础研究基金在人工智能领域的资助情况，进一步分析了该基金对人工智能知识产权和人才培养的促进作用。结果表明广东省基础与应用基础基金为人工智能领域发展提供有力的支持，与一批人工智能相关龙头企业加速成长有密切的关系。与此同时，广东省人工智能技术与产业发展目前正处于十字路口，在追赶国际前沿的同时，也在与国内以北京上海为代表的产业聚集城市进行竞争。广东省政府应继续加大对基础与应用基础研究基金等一系列研究基金的投入与支出，并根据省内人工智能发展的实时状况及时调整相应人工智能领域的资助方向，持续地为这一领域的发展提供强劲的推动力。

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2023年, 第30卷, 第1期　
刊出日期：2023-01-20

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