控制工程

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马宗方 , 李雷华 , 田鸿朋

控制工程. 2024, 31(8): 1345-1354.

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针对传统多视角聚类算法难以准确识别噪声和有效划分类间重叠区域样本的问题，提出一种基于证据多视角的模糊 C 均值(evidential multi-view fuzzy C-means, EMVFCM)聚类算法。首先，在证据推理框架下，研究一种改进的模糊 C-means 多视角聚类算法，通过优化改进的目标函数获得待测样本属于单类和噪声的信任值，从而识别出噪声数据。然后，由于重叠区域的样本不能被准确地划分类别，所以将其划分到相对应的复合类，这不仅能够表征数据样本类别的不精确性，还能降低错误分类的风险。最后，通过人工数据集和 UCI 数据集验证本文算法的性能并与相关算法对比。实验结果表明，本文算法较传统多视角聚类算法能更有效地处理数据中的噪声和重叠样本难以准确划分的问题。

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基于回收质量差异的双渠道物流供应链决策

温廷新, 胡迎春, 刘浩远

控制工程. 2024, 31(8): 1355-1361.

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旨在研究回收质量差异对双渠道供应链决策的影响，构建由制造商、零售商以及第三方组成的双渠道销售和混合回收供应链决策模型。运用 Stackelberg 博弈论对模型进行求解分析，并进一步分析回收渠道竞争度、消费者对销售价敏感度和回收质量差异对成员决策的影响，最后通过数值仿真分析验证模型的正确性和结论的准确性。结果表明，回收价、回购价、回收量、直销量、分销量和成员利润与产品质量等级呈正相关，直销价、批发价和分销价与质量等级呈负相关；回收量和成员利润与回收渠道竞争度呈负相关；消费者对价格差越敏感，直销量和制造商利润越高，分销价和销售商利润越低。

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制冷站系统负荷和能效比改进 T-S 模糊模型构建

魏东 , 任芷怡 , 冯浩东 , 胡朝文 , 焦焕炎

控制工程. 2024, 31(8): 1362-1372.

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制冷站具有非线性、强耦合等特点，导致传统机理的建模面临困难。为实现系统节能优化控制，并改善模型在线修正和移植性能，提出一种基于改进 Takagi-Sugeno(T-S) 模糊模型的制冷站负荷和能效比动态建模方法，前件结构辨识设计改进天牛须搜索算法，以改善模糊 C-均值聚类方法对初值敏感和易陷入局部最优的问题；为实现非线性模型辨识，并降低现场测试数据噪声的影响，设计自适应扩展卡尔曼滤波算法实现模型后件参数辨识和在线修正。实验结果表明，所建立的负荷和能效比预测模型在广州某建筑上运行时，相对误差分别为0.63%和1.49%；使用广州市另一座建筑的数据进行模型可移植性验证，经过 500 步在线训练，新模型成功收敛，证明所构建模型具备良好的可移植性和适应性。

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基于从众人工蜂群算法的产品定价研究

朱珠, 张璐

控制工程. 2024, 31(8): 1373-1382.

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预售阶段产品扩散和口碑传播具有不确定性，难以分析口碑以及扩散对企业定价决策的影响，鉴于此构建了扩散效应下的产品定价模型和双口碑效应下的产品定价模型。同时，针对现有人工蜂群算法收敛速度慢且对于定价问题的求解匹配度较低等问题，提出了一种从众人工蜂群算法求解上述模型。该算法在邻域搜索解时，根据安全位置展开安全邻域搜索，提高搜索能力和多样性。实验表明：改进后的人工蜂群算法在寻优过程迭代更快，可求解得到企业在预售阶段和销售阶段的最优定价策略，保障企业在大型活动中获得最大利润。

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一种用于非线性动态辨识的新型神经网络

张剑 , 林瑞昌 , 毕天昊

控制工程. 2024, 31(8): 1383-1391.

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为提高非线性动态系统辨识(NDSI)的效果，在结合自建型模糊神经网络(SCFNN) 和多层神经元神经网络(MLPNN)的基础上，提出一种自建递归型模糊神经网络(SCRFNN)。 SCRFNN 相较于前者，多了一个递归通道与抑制模糊规则产生机制；相较于后者，增加了模糊推论与一个递归通道。为验证 SCRFNN 在系统辨识中的有效性，设计一个新的 NDSI 在线学习模型与代码设计流程图，并以此作为在线学习架构，将以上 3 个神经网络模型对 4 个串-并型非线性动态系统进行辨识分析。经过仿真表明，新提出的 SCRFNN 通过存储内部状态，具备了映射动态特征的功能，从而使系统具有适应时变特性的能力，更适合于非线性动态系统的辩识。且在模糊规则数、学习收敛速度、学习与预测误差均方根值、预测精准度方面也取得了良好的效果。

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基于双向奔袭策略的改进狼群算法研究

任剑翔, 梁雨佳, 魏佳蓓, 张硕硕, 刘国华

控制工程. 2024, 31(8): 1392-1404.

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基于传统狼群算法(wolf pack algorithm, WPA)的基本思想提出了双向狼群算法 (towards two directions wolf pack algorithm, T2WPA)。针对原算法对已知优良信息利用率的不足，T2WPA 对猛狼奔袭过程进行改进：引入双向奔袭的概念，并给出新老头狼产生规则和猛狼位置更新机制。基于以上改进思想，分别按照与文献[9]和文献[10]相同的参数，选取文献中对应的基准函数来测试 T2WPA 的性能，最后将测试结果与文献进行对比。仿真结果表明，T2WPA 具有良好的全局搜索能力和计算精度。

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双层级设施选址问题及其混合免疫优化算法

陈美花, 张惠珍

控制工程. 2024, 31(8): 1405-1414.

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随着全球贸易化、跨境电商的日渐发展，B2C 模式下的电子商务网络配送业务也日益庞大。仓储需求、货物流转量与日俱增，甚至面临供不应求的市场局面。结合 B2C 模式下仓库设施有容量且服务于每个配送中心、配送中心无容量且服务于多个客户的需求特点，文章以仓库、配送中心 2 个阶段的设施作为选址研究对象，建立了双层级设施选址的混合整数规划模型。针对该模型的特点，设计了一种改进的混合免疫优化算法对该问题进行求解，运用随机化与贪心聚类算法结合的方法生成初始解，再通过原始免疫优化算法对抗体进行评价排序，最后在免疫操作中加入交叉变异算子。将混合免疫优化算法与 CPLEX 进行对比，然后进行大量的算例测试，与其他 3 种算法的时间和结果进行比较，时间及其结果都取得了理想成果，验证了所提模型的可行性和所提算法的有效性。

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信号交叉口跟驰模型及其参数标定研究

沈鑫 , 罗程 , 闫莉莉 , 于淼 , 龚朝晖 , 王巍琳

控制工程. 2024, 31(8): 1415-1425.

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为了更好地运用跟驰模型描述车辆在信号交叉口的通行过程，提出一种考虑信号灯变化对车流瞬时冲击的交叉口全速度差和加速度(full velocity difference and acceleration at intersection, FVDA-I)模型，并根据车辆轨迹数据标定了跟驰模型参数。首先，构建位置-时间临界轨迹来判断车辆能否在绿灯时间内通过交叉口，并提出转弯车辆优化速度。然后，使用 S-G 滤波器对车辆位置进行平滑拟合，结合期望最大化(expectation maximum, EM) 算法标定模型参数。最后，运用 FVDA-I 模型估计车辆在交叉口的通行时间以验证模型的有效性。仿真结果表明：相较于改进全速度差(full velocity difference, FVD)模型，FVDA-I 模型具有头车启动舒适缓慢、跟随车辆启动快、车队总通行时间短的特点，通行效率提高了 11.3%，车辆的通行时间与实际采样轨迹的估计时间对比误差小于 10%。

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基于图注意增强的多时空残差网络交通预测

李志鹃 , 张文标 , 孙兴 , 于淼 , 龚朝晖 , 王巍琳

控制工程. 2024, 31(8): 1426-1435.

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如何准确且快速地预测长期的交通流量十分具有挑战。大多数研究采用的图卷积网络(graph convolution network, GCN)模型多用 k 阶切比雪夫多项式近似，同时需要特征分解或类似计算复杂的矩阵操作，且感受野有限，无法捕获动态的空间相关性。为了改进这种做法，提出了一种结合图注意增强网络(enhanced graph attention network, EGAT)、双向长短时记忆(bi-directional long short-term memory, Bi-LSTM)网络和残差网络(residual network, ResNet)的多时空残差网络(multi-spatial-temporal residual network, MST-ResNet)，用以捕获交通流量的时空动态相关性。该网络采用了 EGAT 提取道路路段之间的动态空间依赖关系。同时，将 EGAT 的输出作为输入，该网络引入 Bi-LSTM 提取时间和周期特性，同时增加残差模块以构建时空残差网络，最后三组件融合进行预测。基于 2 个真实数据集的实验结果表明，所提 MST-Res-Net 用于预测多步交通流量快速有效，优于现有先进的基线方法，且其训练时间仅需要先进基线方法的一半，更便于实时控制。

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最小熵基准的非高斯串级控制回路性能评估

黄国豆, 张金芳, 卢家辉, 谢菁

控制工程. 2024, 31(8): 1436-1444.

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串级控制回路在实际工业生产中有着广泛的应用，相较于单回路控制系统，串级回路有着诸多的优点。副回路的设定不仅使得控制回路的抗干扰能力大大加强，而且还提高了系统的自适应能力。相对于单回路系统性能评估的广泛研究，串级控制系统尤其是非高斯条件下的性能评估研究还很少，且现有的研究成果还存在着一些缺陷。在单回路控制系统性能评估方法的基础上对典型串级控制回路性能评估方法展开深入研究，使用改进的分布估计算法对系统参数进行辨识，并提出新的更优越的性能评价指标，最后通过仿真验证改进方法的有效性。

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基于因果卷积和 Informer 模型的城市公交客流预测

刘妙男, 王魏, 胡显辉, 许德昊

控制工程. 2024, 31(8): 1445-1454.

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为了有效缓解日常交通拥堵，倡导健康绿色出行，通过城市客流特征分析和预测精准掌握城市交通中的客流量分布特点，综合考虑天气、节假日等多种影响因素对客流量的影响，基于卷积神经网络提出了一种因果卷积自注意力的城市公交客流量 CCN-Informer 预测模型，改善输入序列局部信息提取能力，获取长期依赖信息，从而提高预测准确性。实验使用因果卷积自注意力进行依赖性特征提取，通过控制编码器的样本计算成本，采用生成式解码器提高模型预测效率。结果表明，CCN-Informer 模型考虑周围重要特征因素影响，样本数据拟合程度明显提高，与基线模型对比，标准误差下降范围为 4%~20%，有更高的预测精度和运行效率，验证了模型的有效性，可以为城市交通客流量预测提供依据。

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前级可变车载充电机双闭环区间二型模糊控制研究

张庭森 , 彭忆强 , 赵玉友 , 黄晓蓉 , 刘昕然

控制工程. 2024, 31(8): 1455-1467.

摘要 ( )

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现有车载充电机拓扑结构无法兼顾单相和三相交流电，控制策略难以实现宽范围电压的动态调节和高精度、低抖动的输出。针对上述问题，提出一种双闭环区间二型模糊控制的前级可变车载充电机。在图腾柱功率因数校正电路结构上，增加第三桥臂和对应的控制开关，设计出前级可变电路；选用 LLC 谐振电路作为车载充电机的后级电路。基于此拓扑，提出区间二型模糊电压外环和区间二型模糊电流内环的双闭环控制策略。经仿真分析验证了所提拓扑结构能够兼容两种规格交流电的可行性。同时，所提控制策略的系统输出与电压外环电流内环的双闭环 PID 和一型模糊双闭环 PID 相比，有了明显改善。

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虚实坐标智能匹配与自适应三维轨迹规划

孟月波 , 王宙 , 韩九强 , 刘光辉 , 徐胜军

控制工程. 2024, 31(8): 1468-1477.

摘要 ( )

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针对数字孪生增材修复任务中，物件仿真与真实坐标对应困难、三维轨迹误差较大的问题，提出虚实坐标智能匹配与自适应三维轨迹规划方法。采用图像分割方法获取实际场景下物件的分割图像，通过最小外接矩形预估物件真实坐标，仿真端据此执行旋转与平移操作，调整仿真物件的模型位置，实现坐标智能匹配；为最小化虚实坐标误差，设计基于 Attention 的多尺度残差 UNet 图像分割模型，利用多尺度残差模块获取物件多尺度特征，通过 Attention 策略增强网络对位置信息的描述。三维轨迹规划部分，设计融合特征高度的自适应分层算法，减少分层高度偏移，缩减阶梯误差；根据分层结果进行轮廓提取、填充，生成三维轨迹。结果表明，坐标匹配误差小于 1mm，三维修复轨迹规划质量较高。

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基于图像检测的三维激光点云聚类方法研究与应用

林乐彬 , 周军 , 皇攀凌 , 李留昭 , 欧金顺

控制工程. 2024, 31(8): 1478-1484.

摘要 ( )

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针对移动机器人对周围环境障碍物感知的需求，特别是针对激光雷达点云数据的的语义检测和尺寸识别问题，提出基于图像处理和点云数据处理相融合的方法。首先，对 3D 激光雷达和双目相机进行外参标定；然后，使用 YOLOv4 深度神经网络将检测出的二维图像实例通过双目相机恢复像素深度，将其检测目标定位到激光点云中；在对点云进行滤波、几何约束后，采取基于 KD 树的搜索方法对点云欧式聚类分割，最终将识别出的语义信息输出到点云聚类结果中。实验结果表明，设计的方法可以准确、快速地识别并分割聚类出点云，可以应用于移动机器人导航避障。

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基于优化紧耦合 VIO 的四足机器人精准定位研究

汤文俊, 高芳征, 黄家才, 汪涛

控制工程. 2024, 31(8): 1485-1495.

摘要 ( )

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针对足式机器人仅依靠自身腿足式结构获取里程信息难于实现其精确定位这一问题，基于优化思想将双目视觉获取的图像特征信息和惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)的惯性数据进行有效融合，提出一种紧耦合的双目视觉惯性里程计技术，实现四足机器人的室内外精准定位。该技术的突出优势在于，它既能有效缓解机器人移动速度过快导致的图像模糊以及动态场景的错误匹配问题，又能有效抑制惯性测量的漂移。利用实验室的四足机器人搭建物理平台进行实验验证，结果表明，无论是在室内还是室外环境下，设计的视觉惯性里程计都可实现四足机器人的高精度、高鲁棒性定位，即实验结果验证了所提方法的可行性与有效性。

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时滞分数阶生态流行病系统的动态演化分析

王飞龙, 肖敏, 赵静

控制工程. 2024, 31(8): 1496-1503.

摘要 ( )

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为研究时滞分数阶系统的动力学演化特征，提出一个时滞分数阶生态流行病模型。首先，分析了平衡点稳定性和 Hopf 分岔特性，发现当时滞参数小于分岔点时，系统的正平衡点处是渐近稳定的；当时滞参数大于分岔点时，系统在正平衡点处发生 Hopf 分岔。其次，讨论了控制项的反馈增益对平衡点稳定性和分岔动力学的影响机制，阐明了分岔点随着反馈增益的增大而减小，即可以通过减小反馈增益来改良系统的稳定性。最后，通过数值仿真对理论结果的正确性进行了验证。

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基于改进差分进化的线路故障诊断混合模型

裴东锋 , 薛曙光 , 李广源 , 侯帅 , 冯艳敏 , 孙伟斌

控制工程. 2024, 31(8): 1504-1511.

摘要 ( )

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针对输电线路故障诊断问题，提出了一种改进差分进化和峰值密度聚类的线路故障混合诊断模型。首先，提出一种由录波测距模型和改进的线路故障案例推理(lines fault case-based reasoning, LFCBR)模型构成的故障距离混合预测模型；其次，为提高案例推理模型的精度，提出一种利用个体精度优化的改进差分进化算法，以优化不同模态内的案例推理过程中的属性权重；最后，结合密度峰值聚类和相似度算法更新案例库中的源案例，以便更好地维护案例。实验结果表明，所提算法的性能优于线性回归和遗传案例推理(linear regression and genetic case reasoning, LRGCR)法、最近邻策略考察(nearest neighbor investigation strategy, NNIS)法、案例推理、录波测距算法的预测效果，在国网某供电公司获得了较好的效果。

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基于 Qball-X4 的四旋翼飞行器自适应控制

张叶 , 钟诚 , 王云涵

控制工程. 2024, 31(8): 1512-1521.

摘要 ( )

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为实现四旋翼飞行器的精确轨迹跟踪控制，提出了一种基于神经网络逼近器的复合式自适应动态面量化控制方案。该方案主要贡献：① 实现了自适应神经网络的量化控制，有效地缓解了量化器引起的强非线性，提高了四旋翼飞行器实时控制系统控制精度；② 将自适应神经网络动态面控制技术应用于欠驱动四旋翼飞行器的控制系统中，克服了传统反推方法中的“微分爆炸”问题，并获得了跟踪性能的 L∞ 范数。最后，在 Qball-X4 四旋翼飞行器运动控制平台上进行了实验，验证了所提控制方案的有效性。

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非机动电动车骑行人头盔佩戴检测研究

王贵成 , 杨号问 , 杨雨泽 , 黄建斌 , 程于飞 , 尹丰丰

控制工程. 2024, 31(8): 1522-1528.

摘要 ( )

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随着我国城市交通的不断发展，非机动电动车的数量不断上升，绿色出行的同时，交通事故也日益增多。为了保证非机动电动车骑行人在道路上的安全，国家逐步制定法规，要求出行需佩戴头盔，各地交通部门执行检查与处罚，对骑行人佩戴头盔的自动检测也提上了日程。提出用改进 YOLOv5 算法视频识别头盔佩戴情况，通过自组织非机动电动车骑行人头盔佩戴情况的数据集，选取聚类算法修改初始锚定框参数。然后，改进算法来适应样本集合，利用聚合输出网络提高判别的准确率。其中，采用迁移学习来减少训练资源的消耗。经各种场景实验测试的结果表明，在每秒 30 帧视频流下，检测的均值平均精度 (mean average precision, mAP)达到了 94.53%，满足对头盔佩戴检测精度和速度的要求。

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基于模糊一致性调整算法的推荐系统评估研究

贺艳芳 , 向志华

控制工程. 2024, 31(8): 1529-1536.

摘要 ( )

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考虑到一致性调整和排序权重向量确定方法是犹豫模糊语言群决策中的 2 个重要课题，构造基于一致性调整算法的犹豫模糊语言群决策模型。具体来说，该模型首先运用对数最小二乘法计算犹豫模糊语言偏好关系(hesitant fuzzy linguistic preference relation, HFLPR)的排序权重向量；其次，将一致性指数最小的语言偏好关系对应的排序权重向量作为 HFLPR 的序权重向量；随后，基于一致性调整算法建立了一种收敛的犹豫模糊语言群决策模型。该模型既没有改变原始犹豫模糊语言术语集，又可以尽可能地避免信息的损失;最后，将建立的模型应用于推荐系统的优选过程。实验表明，构建的群决策算法更合理有效。

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2024年, 第31卷, 第8期　
刊出日期：2024-08-20

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