控制工程

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轩华, 张寒, 王薛苑

控制工程. 2023, 30(5): 769-778.

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研究了以同时最小化 makespan 和总加权拖期为目标的具有恶化和学习效应的不相关并行机调度问题。针对此类 NP-hard 问题，设计了基于两段式编码的改进模拟退火算法，结合随机程序和均匀分配策略分别产生第一段的工件加工序列编码和第二段的机器加工信息编码，以获取问题初始调度解，进而提出了分段式交换和变异扰动操作以得到更新后的新解。通过仿真实验测试改进模拟退火算法，将其与一些启发式算法对比，结果表明，所提算法可获得更好的近优解。

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基于 SOC 的并联储能系统电流负荷分配方法

陈薇, 石帅飞, 张超, 朱慧敏

控制工程. 2023, 30(5): 779-787.

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提出一种基于 SOC 的改进电流负荷分配方法，该方法采用均流环、电流环、电压环的三闭环结构，其中，均流控制器的电流基准由理想输出功率和储能单元电池荷电状态(state of charge, SOC)共同决定。搭建了MATLAB/Simulink仿真模型和基于TMS320F28335的并联储能系统半实物仿真平台，对比仿真了不同参数影响下系统的性能。并联储能系统中母线电压能够稳定在理想值，电流负荷能够按 SOC 合理分配，且各储能单元 SOC 能够快速收敛到均衡状态，验证了所提改进电流负荷分配方法的可行性和合理性。

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基于并网逆变器的级联线性自抗扰控制策略

刘勇, 杨浩, 马士翔, 盘宏斌, 沈贵妃, 刘鹏, 雷延科

控制工程. 2023, 30(5): 788-795.

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在 LCL 型逆变器的电流控制中，针对传统的线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control, LADRC)策略对干扰估计精度不足的问题，提出一种具有模型补偿项的级联线性自抗扰控制策略。通过分析系统总干扰放大系数对线性扩张状态观测器 (linear extended state observer, LESO)干扰估计能力的影响，建立了具有级联结构的 LADRC 控制器，该控制器有效降低了系统总干扰的放大系数，提升了系统的抗干扰能力。为避免对 LCL 系统中的一部分可直接测量的干扰进行估计，在 LADRC 控制器中加入模型补偿项，进一步提高了 LESO 对干扰的估计精度。最后，控制器采用反步法来设计，以保证闭环系统的稳定性。在此基础上，基于 Lyapunov 稳定性定理证明了闭环系统的跟踪误差可达到任意小。仿真及实验对比传统 LADRC 策略验证了所提方法的有效性和优越性。

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考虑气推耦合的三维高超声速飞行器建模

张希彬, 张振兴

控制工程. 2023, 30(5): 796-802.

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针对一类三维高超声速飞行器几何构型，考虑气动和推进系统之间的耦合效应，采用机理分析法，建立了三维飞行器机理模型。首先，采用牛顿定律，给出高超声速飞行器的六自由度运动方程；其次，利用斜激波和 Prandtl-Meyer 膨胀波理论，计算飞行器机身各表面及控制面的压强，并基于飞行器的几何构型，考虑飞行器横截面的变化，采用微元法，估算了机身前体、发动机和后体等 3 部分受力；最后，在一定的气动条件下，对飞行器机理模型线性化，气动和动态特性仿真分析表明，所建立的模型能够体现气动与推进系统的耦合，模型的横向和侧向都是不稳定的，且具有非最小相位现象。

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基于统计模型检测的 TcCBTC 移动授权建模与分析

林俊亭, 闵晓琴

控制工程. 2023, 30(5): 803-809.

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基于通信的列车运行控制(communication based train control, CBTC)系统采用车地通信方式使得地面设备极其复杂。随着通信技术的快速发展，以车载为核心的列车运行控制(train-centric communication based train control, TcCBTC)系统采用车车通信方式减少了控制信息的传递环节，将成为城市轨道交通领域的发展方向。移动授权(movement authority, MA)是决定列车能否以安全间隔运行的直接因素，因此对 MA 生成过程进行形式化建模与分析，对避免列车碰撞具有重要意义。根据 TcCBTC 系统架构分析 MA 生成流程，确定参与功能实现的子系统，并计算出不确定性参数；通过 UPPAAL-SMC 建立对应的随机混成自动机网络模型；最后采用统计模型检测方法对模型进行定量分析。分析结果表明：置信度为 99.95%的情况下，系统在 300 ms 内成功计算出 MA 的概率为 0.997 412 474 8，为后续 TcCBTC 系统开发设计提供理论参考。

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基于改进蜂群算法的建筑管路布局约束多目标优化设计

阚凤龙, 王长涛

控制工程. 2023, 30(5): 810-815.

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针对建筑空间管路布局约束多，难以定量分析设计中多指标冲突的问题，提出一种基于改进蜂群算法的建筑空间管路布局优化设计方法。首先，构建三维建筑管路布局模型，以管路总能量值（长度、弯头数量等）、管路避障等为优化目标，构建多约束目标函数。然后，针对传统蜂群算法容易陷入局部最优和难以保证种群多样性的问题，提出基于 Levy 飞行策略的改进人工蜂群算法，进行多约束下的建筑管路布局优化求解。所提算法在雇佣蜂的搜索阶段，引入 Levy 飞行策略，根据上一蜜源的能量值及迭代次数自适应调整更新步长，从而提高全局搜索能力并加快收敛速度。实验表明，所提方法比传统蜂群算法不仅在整体探索能力上得到了提升，而且得到的管路路径长度更短、弯头更少、能量值更低，能够满足真实建筑环境中理想管路自动布局的要求。

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1 000 MW 燃煤机组排放 SO2浓度扩散模拟研究

李济瀚, 李晓理, 王康, 崔桂梅

控制工程. 2023, 30(5): 816-821.

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1 000 MW 燃煤机组火电厂排放污染气体中二氧化硫(SO2)浓度是我国火电厂排放污染的重点控制目标，为了研究 SO2 浓度扩散对周围环境及人们身体健康造成的影响，对 SO2浓度扩散进行了模拟研究。首先，根据电厂的实际排放数据建立了高斯羽流扩散模型，利用该模型模拟在大气稳定度相同的情况下模拟不同的风速对 SO2 浓度扩散分布规律的影响，并且分析 SO2 浓度扩散的距离及范围。结果表明，SO2浓度扩散与风速及大气稳定度有着密切的关系，风速越大，越有利于 SO2浓度扩散及气体的稀释，并证明了利用高斯烟羽模型模拟有害气体扩散具有较好的实际参考意义。

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PCR 仪器的 IGWO-BP 神经网络 PID 控制

张涛, 王亚刚, 李开言

控制工程. 2023, 30(5): 822-829.

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聚合酶链式反应(polymerase chain reaction, PCR)仪温度控制存在时滞性、非线性、惯性大、时变等特点，通过传统的 PID 温度控制效果较差，远不能满足要求，而 BP 神经网络 PID 控制通过自适应学习较传统 PID 控制而言控制能力更强，其在聚合酶链式反应仪温度控制方面的应用基本还是空白，但 BP 神经网络的初始权重是随机选定的且沿着正方向不断进行调整，易导致多次训练结果不一致。针对这些问题，提出了一种基于改进灰狼算法(improved grey wolf optimal, IGWO)的 BP 神经网络自调整 PID 参数的控制方法，利用改进灰狼算法良好的全局搜索能力将其寻找的最优位置作为 BP 神经网络的初始权值。最后仿真结果表明，该算法很好地满足了 PCR 仪温度控制的要求，与传统方法相比，在同一升降温速率下，温度控制系统超调量为 0.2%，大幅度减小且无稳态误差，对于聚合酶链式反应仪温度调节具有更佳的效果。

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基于双字典的医学图像超分辨率重建算法

成云凤, 汪伟

控制工程. 2023, 30(5): 830-840.

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随着医疗设备的不断改进，医学图像质量得到了大幅度提升。但是，受图像采集时间和人体承受放射剂量的限制，医学图像分辨率仍需进一步改进。在图像稀疏表示的相关理论中，双字典将图像高频细节信息看作是主要高频和残留高频的组合。基于此，提出一种基于双字典的医学图像超分辨率重建算法。首先，采用非下采样 Contourlet 变换提取图像特征；然后，这些特征被用于训练主字典和残差字典；最后，利用两种字典恢复出图像的主高频和残留高频，并将两种高频信息叠加到低分辨率图像上，实现重建高分辨率医学图像。实验结果表明，所提算法能有效提高重建图像质量，其性能优于其他几种算法。

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改进滑模面的自适应终端滑模混沌同步控制

赵少达, 修春波, 李宏杰

控制工程. 2023, 30(5): 841-848.

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为了提高混沌同步误差在滑模面上的收敛速度，提出了一种改进的终端滑模面，并设计了自适应终端滑模控制律，改善了混沌同步控制性能。在终端滑模面中引入系统状态量的幂指函数积分项，提高了误差沿滑模面的收敛速度。针对同时考虑系统中存在未知参数、不确定项及外部扰动的混沌系统的同步控制问题，设计了自适应终端滑模控制律，实现了混沌同步系统的滑模控制，并对系统的稳定性进行了证明。将所设计的滑模控制方法应用于混沌同步控制系统中，相比于传统终端滑模控制方法，改进方法能够明显提高误差的收敛速度。仿真实验验证了所提方法的有效性。

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基于 LM-RLS 和渐消因子 EKF 算法的锂电池 SOC 估计

杨潇, 王顺利, 徐文华, 于春梅, 乔家璐, 黄俊涵

控制工程. 2023, 30(5): 849-855.

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为提高复杂工作环境下锂电池荷电状态估计精度，以三元锂离子电池为研究对象，采用限定记忆递推最小二乘法与渐消因子扩展卡尔曼滤波算法相结合进行荷电状态估计。以有限组数据计算当前时刻模型参数，解决数据饱和问题。在扩展卡尔曼滤波算法中加入渐消因子，弱化旧数据的影响，实时调整误差协方差矩阵。为验证算法的合理性，建立二阶 RC 等效模型，对不同工况进行荷电状态估计。验证结果表明，算法估计精确度高且稳定性好。系统稳定后，HPPC、BBDST 工况中的荷电状态最大估算误差分别为 0.014 4 和 0.008 5，且波动范围较小，验证了改进算法估计锂电池荷电状态时的良好性能。

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基于灰色关联分析与 ISSA-LSSVM 的配电网可靠性预测

万俊杰, 任丽佳, 单鸿涛, 刘俊, 张开宇

控制工程. 2023, 30(5): 856-864.

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为了准确高效地进行配电网可靠性预测，提出一种基于灰色关联分析与改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm, ISSA)优化最小二乘支持向量机(least squares support vector machine, LSSVM)的配电网可靠性预测模型(ISSA- LSSVM)。首先，运用灰色关联分析法筛选出影响配电网可靠性的强相关影响因素；接着，引入自适应 t 分布策略和动态自适应权重对麻雀搜索算法进行创新性改进；然后，针对 LSSVM 模型中的参数选择盲目性的问题，采用改进后的麻雀搜索算法优化 LSSVM 的模型参数 C 和 2 σ 并得到最佳模型；最后，将 ISSA-LSSVM 模型应用于实际电网中，并与传统的 LSSVM 模型、PSOLSSVM 模型、GA-LSSVM 模型以及未改进的 SSA-LSSVM 模型的预测结果及误差进行对比。结果表明，所提模型的预测精度更高、稳定性更强。

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基于 Park 变换的 LC 型逆变器参数在线辨识策略

李双, 施建强

控制工程. 2023, 30(5): 865-871.

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针对采用电压电流双闭环控制的 LC 型逆变器，提出了一种滤波电感和电容参数的在线辨识策略。对电压、电流信号进行 Park 变换和积分滤波，得到电压、电流的基波 dq 轴分量后代入推导的表达式进行计算，即可辨识出电感、电容参数；利用开环运行时的调制波信号间接获取参数辨识所需的逆变器输出电压，从而节省了传感器；搭建了 MATLAB/Simulink 仿真模型，仿真结果表明，所提策略在逆变器不同负载强度下以及电感、电容参数偏移时均能准确识别参数，且不会影响系统的稳态运行。

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基于改进流形正则化随机配置网络的软测量

杜知微, 张凤南, 杨海

控制工程. 2023, 30(5): 872-880.

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为提高复杂工业过程中某些关键参数的预测精度，提出一种基于改进流形正则化随机配置网络(improved manifold regularization stochastic configuration networks, IMRSCNs) 的软测量建模方法。该方法首先采用基于迁移学习的特征提取思路，集成最大方差、协方差分布差异和最大均值差异获取特征变换矩阵，将训练集和测试集的特征信息投影到一个公共子空间。进一步将子空间的训练集数据输入带有流形正则化的随机配置网络中，训练网络模型，以保持数据在原特征空间的几何结构。通过多组实验结果表明，相较于原始随机配置网络(stochastic configuration networks, SCNs)，所提的改进流形正则化 SCNs 模型拥有更高的预测精度和更好的泛化性能。

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基于粗糙集的微小缺陷图像对比度增强算法

唐爱平, 杨丽

控制工程. 2023, 30(5): 881-885.

摘要 ( )

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设计了一种微小缺陷图像对比度增强算法。采用粗糙集理论将图像划分为不同类别，同一类别中像素间为不可分辨关系。并依据图像灰度值和噪声属性进一步将图像划分为子图，在子图中得到图像的明暗区域。对图像不同区域进行直方图均衡变换和直方图指数变换处理，处理后即可增强图像的对比度。仿真实验表明，处理后可突出显示图像中的微小细节，图像不同区域之间的划分效果更加明显，可以有效提升图像的对比度和视觉效果。

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面向智能回收装置的废旧手机深度森林识别

汤健, 王子轩, 夏恒, 徐喆, 韩红桂

控制工程. 2023, 30(5): 886-893.

摘要 ( )

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手机更新速度的日益加快使得面向废旧手机(UMP)的智能回收装置研制成为典型城市再生资源回收再利用领域的研究热点，其首先需要解决的难题是如何基于有限图像样本实现 UMP 的精准识别。针对上述问题，提出了面向智能回收装置的 UMP 深度森林识别模型。首先，对 UMP 图像进行预处理以消除背景信息；接着，提取多尺度梯度直方图特征以获得有效信息；最后，将通过多粒度扫描获取高维特征作为级联森林的输入，并基于自适应网络深度构建非神经网络模式的 UMP 识别模型。基于电信设备认证中心的典型数据集和回收装置拍摄图像数据集验证了所提方法的有效性。

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基于深度学习的视杯视盘分割与青光眼筛查

董林, 李峰

控制工程. 2023, 30(5): 894-902.

摘要 ( )

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眼底图像中的 OD 和 OC 分割精度不高，且没有充分考虑二者空间信息的问题，为实现联合分割 OC/OD，更加准确地测量杯盘比，实现青光眼筛查，提出了一种端到端的基于区域的深度卷积神经网络(region-based deep convolutional neural network, R-DCNN)。首先，在主干网络 ResNet34 中引入密集原子卷积以提取更密集的特征图。然后，设计了 DPN 和 CPN 模块产生 OD 和 OC 的候选边界框。之后，考虑到 OD 和 OC 之间位置的关系，使用盘注意力模块连接 DPN 模块和 CPN 模块，在精确获得 OD 和 OC 边界后，计算 CDR 作为青光眼筛查的指标。最后，将所提出的网络在公开的 DRISHIT-GS 和 RIM-ONE r3 数据集进行训练测试。通过与目前主流的先进方法对比，验证了所提网络在 OD 和 OC 分割以及青光眼筛查方面的性能，具有广大的应用前景。

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并网逆变器简化矢量选择定频预测电流控制

任志玲, 王继超

控制工程. 2023, 30(5): 903-909.

摘要 ( )

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双矢量模型预测控制需要用遍历法预测基本电压矢量组合作用下的系统行为，计算量较大，同时因为缺乏调制单元而存在开关频率不固定和并网谐波含量高的问题。为此，提出一种并网逆变器简化矢量选择预测电流定频控制。通过判断电流预测差值所在扇区，每个周期采用 3 个电压矢量控制，通过电流无差拍计算每个电压矢量作用时间，结合不连续 DPWM1 调制得到开关信号，实现计算量减小，输出电流定频控制且谐波含量降低。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。

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鲁棒慢特征分析建模及过程监控

李庆华, 汪磊, 赵忠盖

控制工程. 2023, 30(5): 910-917.

摘要 ( )

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慢特征分析(slow feature analysis, SFA)可以通过 2 步主元分析(principal component analysis, PCA)进行求解。目前，鲁棒 SFA 主要通过引入鲁棒 PCA 算法代替标准 PCA 算法来实现。考虑到标准 SFA 中动态特征采用静态特征的一阶差分进行描述，容易受到离群点的影响，提出一种改进的鲁棒 SFA 算法。该算法引入微分平滑算法求解静态特征的一阶差分，降低了离群点对 SFA 中第二步 PCA 的影响，提高了鲁棒性。同时，将该改进鲁棒 SFA 方法引入到过程监控中，并将现有基于 SFA 监控方法的 4 个监控指标简化到 2 个，提高了监控效率。最后，通过与 SFA 以及现有鲁棒 SFA 方法在 TE 过程中的应用对比，说明了该方法的优越性。

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电力系统多控制器协调控制与优化

余宏亮, 肖健梅, 王锡淮

控制工程. 2023, 30(5): 918-926.

摘要 ( )

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针对电力系统多控制器协调控制与参数设置较难的问题，提出了一种基于邻域粗糙集属性约简和群搜索优化算法的控制器协调与优化方法。采用群搜索优化算法优化各控制器参数，并在单、双机模型中比较了 PSS 和 SVC 独立控制和协调控制效果；通过邻域粗糙集属性约简剔除冗余的优化参数，降低了优化空间维度。实验结果表明，电力系统在 SVC 和 PSS 控制下能有效保证系统稳定，且协同优化下的性能表现优于单控制器；群搜索优化算法能有效优化控制器参数，使其达到良好的控制效果；邻域粗糙集属性约简能有效删除冗余属性，在单、双机优化中，待优化参数分别由 12 个和 18 个减少到 3 个和 5 个，平均优化时间分别节约了 68.4%和 48.7%。

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一种新型三相电压型 PWM 整流器启动冲击电流抑制方法

王朝强, 曹太强, 郭筱瑛, 韩鹤光

控制工程. 2023, 30(5): 927-935.

摘要 ( )

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针对三相电压型 PWM 整流器启动瞬间产生较大的冲击电流，致使系统稳定性、可靠性降低的问题，在整流器前端加入预充电电路，对预充电电路软启动过程和整流器启动过流的原因进行了详细分析，再对 2 种无预充电电路的母线电压缓给定方法和 2 种预充电电路结合母线电压缓给定方法抑制启动冲击电流的作用机理进行了对比分析，最终提出了预充电-分段二阶抛物线母线电压缓给定混合控制的最优抑制方法，最后通过搭建 4 种母线电压缓给定方法的仿真模型和 30 kW 整流器实验样机进行了验证。结果表明，采用预充电-分段二阶抛物线母线电压缓给定混合控制启动的整流器有效地抑制了冲击电流，网侧电流启动无过冲现象，直流侧母线电压无超调。

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串行分组深度学习运行状态分析与故障预测

钱虹, 孙勃, 郭媛君, 凌君, 杨之乐, 冯伟

控制工程. 2023, 30(5): 936-943.

摘要 ( )

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在现代工业生产运行中，如何充分挖掘海量的多源异构生产运行数据，实现异常工况的快速检测和故障预测，有效提高工业生产设备的可靠性，仍然是研究的难点。提出一种基于串行分组深度学习的工业生产运行状态分析与故障预测模型，针对时间序列突变故障设计了串行分组深度学习网络框架，实现目标对象的故障检测与预测，及时发出故障预警。通过对某造纸厂数据以及风力发电频率监测数据进行测试，并与传统神经网络预测模型进行对比分析，表明了所提算法的准确性，为提高生产设备使用寿命、减低工业生产成本，提高安全稳定运行起到重要作用。

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基于种群迭代贪婪算法无等待流水车间调度

董海, 王瀚鹏

控制工程. 2023, 30(5): 944-953.

摘要 ( )

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针对无等待流水车间调度问题，提出一种基于种群迭代的改进贪婪算法解决以最小化最大完工时间为目标的此类问题。首先，采用改进 NEH(Nawaz–Enscore–Ham)算法提升初始种群的质量，提高种群的多样性，并得出初始解，确定最优个体；其次，采用种群迭代贪婪算法对确定的种群序列进行破坏与重新构建，将新序列插入指定位置，并对获得的候选方案进行本地搜索，获得新的解决方案，同时取代劣势解决方案；最后，通过仿真实例将种群迭代贪婪算法与其他智能优化算法在平均相对偏差率、最佳相对偏差率、算法收敛性上进行对比，结果表明种群迭代贪婪算法求解所提问题的高效性和稳定性。

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一类中立型切换系统的依模态异步事件触发控制

陈皓宇, 唐荣强, 杨鑫松

控制工程. 2023, 30(5): 954-960.

摘要 ( )

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通过设计一类依赖模态的异步事件触发控制器实现中立型切换系统的指数稳定。针对具有混合时滞时变时滞的中立型切换系统，提出了一种事件触发采样机制，并考虑系统受物理原件的影响，控制器与系统间存在时滞，再利用时间区间分割和凸组合技术构建一类新颖的多 Lyapunov 泛函，将系统的异步段，同步段分别分割，给出该类中立型切换系统的稳定充分条件。该分析技术不需要约束在切换时刻引入的增长系数大于 1，大大降低了结果的保守性。最后，通过数值仿真验证了理论成果和分析方法的有效性。

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2023年, 第30卷, 第5期　
刊出日期：2023-05-20

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