控制工程

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邵雪卷, 康鹏飞, 张井冈, 陈志梅

控制工程. 2024, 31(9): 1537-1543.

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针对伺服系统控制器参数设计的复杂性和系统抗干扰性低的问题，设计了内模 PID 速度控制器和基于指数趋近律的滑模变结构位置控制器，并通过李雅普诺夫理论对系统的稳定性进行分析。速度控制器采用内模 PID 控制，只调节滤波器参数λ ，避免了因调参困难而影响伺服系统的控制精度；位置控制器采用滑模控制方式，对参数变化以及外界影响等因素具有强鲁棒性。仿真和实验结果表明，所提控制系统能够满足对直流伺服电机位置控制的快速性和准确性要求。

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基于紧格式动态线性化的吊舱推进电机滑模矢量控制

闫成阳, 姚文龙, 池荣虎, 邵巍, 裴春博

控制工程. 2024, 31(9): 1544-1551.

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针对复杂海况下吊舱推进电机存在的模型建立困难以及负载扰动问题，提出了基于紧格式动态线性化的滑模矢量控制方法。首先，考虑船舶实际工况建立包含船舶运动模型和螺旋桨负载特性的船-桨数学模型，并通过紧格式动态线性化方法，建立带时变参数和负载扰动项的吊舱推进电机数据模型；然后，设计基于最小转速跟踪误差指标的滑模控制器，同时设计神经网络观测器对控制律中的未知负载扰动项进行估计，并将估计值反馈到控制器中进行扰动补偿。仿真结果表明，所设计的控制器减小了推进电机的转速超调、转矩脉动，提高了吊舱推进电机系统的控制性能。

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基于深度强化学习的钢铁企业能源计划配置

胡宏涛, 吴定会, 陆申鑫, 范俊岩

控制工程. 2024, 31(9): 1552-1560.

摘要 ( )

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钢铁生产具有流程长、工序繁杂、工况不确定、能源介质多等生产特性，致使面向全流程的能源介质计划配置制定难，因此提出了具有自适应学习能力的深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient, DDPG)算法。首先，根据生产系统的能源平衡机理构建能源平衡模型；然后，以能源转换系统最小运行能源成本为目标函数，考虑工序上下游约束和能源供需约束等模型约束，根据能源平衡模型和目标函数搭建深度强化学习下的能源优化框架，求解过程引入方差收敛的高斯噪声和动作超限惩罚函数，增大 DDPG 智能体的搜索范围，并提高收敛速度，使 DDPG 智能体在多工况下自适应调整，更新得到最优策略；最后，针对实际案例的不同工况进行仿真实验，验证深度强化学习方法在能源计划配置方面的有效性。

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通信延迟下的分布式孤岛微电网有限时间二次频率控制

冯宜伟, 刘顺民

控制工程. 2024, 31(9): 1561-1571.

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针对孤岛微电网中存在通信延迟的频率恢复问题，研究了孤岛式微电网的分布式二次频率控制，提出了一种最优分布式控制策略。该策略的显著特征在于考虑了所设计的控制器中存在通信延迟的情况，通过在最优分布式控制中加入延迟补偿项，进一步降低了对通信网络的依赖。与传统控制方法相比，所提策略在有限时间内消除了频率偏差并实现了有功功率分配，系统的可靠性得到了进一步提高。最后在 MATLAB/Simulink 环境下构建了由 4 个分布式电源(distributed generator, DG)单元组成的孤岛微电网测试系统仿真模型，仿真结果验证了所提策略的有效性。

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基于渐进式 GAN 逆映射的人脸超分辨率重建

孙红, 赵迎志, 罗琦, 袁巫凯

控制工程. 2024, 31(9): 1572-1580.

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为了缓解生成对抗网络(generative adversarial network, GAN)自身存在的训练不稳定问题，增强图像超分辨率重建的效果，提出一种基于 GAN 逆映射的图像超分辨率重建算法。通过渐进式网络增加模型的稳定性，通过逆映射金字塔充分学习低分辨人脸图像的语义特征，实现准确的隐空间转换，通过半空间特征调制进行图像增强。对所提算法进行实验验证，该算法在 CelebA 数据集上重建 8 倍后的图像峰值信噪比为 27.18 dB，相比超分辨率生成对抗网络(super-resolution generative adversarial network, SRGAN)，提高了 2.44 dB，模型的收敛速度也更快。实验结果表明，通过 GAN 逆映射和渐进的方式进行图像超分辨率重建具有较好的效果和更高的稳定性。

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考虑干扰的交通子区模糊迭代学习边界控制

马甜甜, 闫飞, 王昆

控制工程. 2024, 31(9): 1581-1592.

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针对固定增益迭代学习控制器跟踪交通子区内期望累计车辆数 * n 的速度较慢，迭代次数过多的问题，并考虑到实际交通子区内存在的干扰对其运行状态的影响，建立了含有干扰项的交通流模型并对其进行离散化。采用开闭环比例微分(proportion differentiation, PD)型模糊迭代学习控制器，根据研究子区实际路网内的累计车辆数与期望累计车辆数 * n 的误差及其变化率对开闭环 PD 型迭代学习控制器的迭代学习增益和反馈增益进行调整，使交通子区内的实际累计车辆数可以较快速地跟踪期望累计车辆数 * n ，并对开闭环 PD 型模糊迭代学习控制器的收敛性进行严格证明。通过对轻度和中度干扰影响下的交通子区进行仿真，结果显示，对比固定增益迭代学习控制器，开闭环 PD 型模糊迭代学习控制器的误差收敛速度分别提高 24%和 31%，平均排队长度分别减少 24.52%和 16.55%，平均延误分别减少21.63%和 19.23%，平均停车次数分别减少 23.68%和 10.77%。

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基于改进 LADRC 的全向移动机器人轨迹跟踪控制

田运阳 , 宋保业 , 吴尤 , 许琳

控制工程. 2024, 31(9): 1593-1600.

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针对全向移动机器人的控制问题，设计了一种具有抗扰性能的轨迹跟踪控制方法。首先，针对全向移动机器人的解耦控制建立了运动学和动力学模型。然后，基于运动学模型设计反演控制器，该控制器通过给定期望速度辅助机器人完成轨迹跟踪。此外，还建立了基于动力学模型的线性扩张状态观测器，并使用改进 Sigmoid 函数对线性自抗扰控制律进行了优化，从而使机器人的实际速度能够迅速而精确地收敛到预定速度。最后，通过仿真研究证实了所提出的控制方法的有效性。

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基于干扰观测器的机械臂连续滑模控制方法

莫济玮, 张铁异, 郭小龙, 穆协乐, 吴耀光

控制工程. 2024, 31(9): 1601-1607.

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针对多关节机械臂的高精度轨迹跟踪问题，提出了一种基于干扰观测器的连续滑模控制方法。首先，对于系统扰动，设计了一种干扰观测器来对扰动进行实时估计以减少系统的不确定性；其次，基于高阶滑模控制思想对控制器进行设计，得到了连续的控制律，从而有效削弱了滑模控制中的抖振现象；同时，为了解决滑模控制需要预知不确定性上界的缺陷，采用自适应技术对控制律进行改进，避免选择较大的控制增益增加系统的抖振，给出了控制器的李雅普诺夫稳定性证明，并计算了系统的有限收敛时间；最后，以六自由度机械臂的前 3 个关节作为研究对象进行仿真分析，并与线性滑模控制方法和终端滑模控制方法进行对比，验证了所提出的控制方法的有效性。

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基于 P-TSA 的车联网端边计算任务卸载策略研究

徐启亮, 张果, 王剑平, 毕堂琪

控制工程. 2024, 31(9): 1608-1618.

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车联网场景中的车载终端不能满足计算任务对时延和能耗的要求，引入移动边缘计算(mobile edge computing, MEC)是解决上述问题的有效途径，但任务较多时依然会增加时延。针对上述问题首先提出了基于端边协同计算的车辆计算网络，该网络中的边缘计算服务器、服务车辆、任务车辆都可在本地提供计算服务；其次，构建了车联网端边协同计算系统模型，并提出计算卸载策略问题；然后，提出了一种基于融合粒子记忆的改进被囊群算法(particle memory-tunicate swarm algorithm, P-TSA)，且与任务优先级和计算卸载节点预测相结合的计算卸载策略；最后，在模拟真实道路车况的任务实例下进行了对比实验，与其他卸载方案相比，所提算法显著提高了任务卸载效用，降低了卸载的时延和能耗。

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面向全局特征 Transformer 架构的单目深度估计

吴冰源, 王永雄

控制工程. 2024, 31(9): 1619-1625.

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针对卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)全局特征提取不足导致深度估计错误的问题，提出了一种面向全局特征的深度学习网络用于单目深度估计。该网络采用编码器-解码器的端到端架构，其中，编码器为具有多阶段输出的 Transformer 网络，可提取多尺度的全局特征；解码器由 CNN 构成。此外，为抑制深度无关的细节信息影响，解码器末端采用了大卷积核注意力(large kernel attention, LKA)模块提升全局特征的提取能力。在室外场景数据集 KITTI 和室内场景数据集 NYU Depth v2 上的实验结果表明，面向全局特征的网络有助于生成高精度的、细节特征完整的深度图。与近期提出的同样基于 CNN-Transformer 的方法 AdaBins 相比，所提出网络的参数量减少了 42.31%，均方根误差减小了约 2%。

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一种多信息作用下的激光回环检测算法

刘铭 , 魏国亮 , 王耀磊

控制工程. 2024, 31(9): 1626-1633.

摘要 ( )

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为提高回环检测的精度，同时满足实时性的需求，提出了一种多信息作用下的激光回环检测算法。首先，利用惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)信息得到每个点云帧之间的相对运动；然后，提取点云中的高度信息、强度信息以及数量信息并归一化处理；在上下文扫描(scan context, SC)描述符的基础上，定义了融合 IMU 与点云信息的上下文扫描(IMU and point scan context, IPSC)描述符以及对应的相似度函数；最后，引入改进的正态分布变换(normal distributions transform, NDT)算法进行综合相似度判断。针对所提出的算法在多个数据集上进行实验，结果表明，该算法在回环检测时具有较高的精度，能够在不同场景下进行识别，同时满足了系统的实时性要求，为激光回环检测提供了一种新的方法。

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基于优化跳点搜索和车道采样的巡检机器人路径规划方法

崔子鹏 , 汪雨洋 , 张磊 , 罗小川

控制工程. 2024, 31(9): 1634-1643.

摘要 ( )

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为实现巡检机器人的快速全局路径规划，并精确跟随路径和实时避障，提出了一种基于优化跳点搜索和平行采样的巡检机器人路径规划方法。在全局规划中，通过滑动窗优化和共轭梯度法对传统的跳点搜索方法进行优化，平滑全局路径的中转角，消除因搜索方向约束而产生的非必要转弯。在局部规划中，采用了一种基于车道线采样的局部规划方法，以巡检路径为参考，平行于巡检路径采样生成局部路径簇，在局部规划中加入了有限状态机。为了使机器人精确跟随局部路径，采用了一种基于李雅普诺夫函数的路径跟随方法。最后，在机器人操作系统(robot operating system, ROS)中建立室外仿真环境，针对所提出的路径规划方法进行测试，验证了所规划方法的有效性和鲁棒性。

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“三位一体”育人理念在仪器学科人才培养中的实践

孟子阳, 董瑞琦

控制工程. 2024, 31(9): 1644-1650.

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近些年来，“三位一体”已逐渐从一种人才培养模式上升到教育理念层面。该理念要求人才培养过程中保持价值塑造、能力培养、知识传授三者的不可分割性。在面向第二个百年奋斗目标进军的关键时刻，“三位一体”理念符合国家对创新人才培养提出的迫切需求。针对仪器学科人才培养过程中价值观引导不足的问题，作者采用“三位一体”理念对仪器学科人才培养开展了教育改革，对课堂和实践教学等环节进行了调整与优化，将价值塑造、能力培养与知识传授结合在一起，引导学生树立积极正确的价值观、塑造学生的家国情怀、培养学生的思辨能力和创新能力。实践反馈表明，“三位一体”教育理念对于培养符合新时代需求的仪器科学与技术人才具有重要的价值和意义。

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对分课堂教学模式在自动控制原理教学中的实践

苏厚胜 , 妙锁霞

控制工程. 2024, 31(9): 1651-1653.

摘要 ( )

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分析了自动化控制科学与工程专业的传统教学模式中存在的若干问题。由于对分课堂具备了讲授式课堂和讨论式课堂的优点，把对分课堂教学模式应用于自动控制原理教学中，并从教学准备和教学过程 2 个方面刻画对分课堂教学模式在自动控制原理教学中的具体实施情况。教学实践表明，对分课堂教学模式在自动控制原理课程中的应用确实能够激发和提高学生自主学习的兴趣和能力，培养学生发现问题并解决问题的能力，建立团队协作意识，增强沟通表达能力，提升学生终身学习的能力。对分课堂教学模式在自动控制原理教学中效果良好，为本科院校和本校其他课程教学模式改革提供了新思路。

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新时代国防特色自动化专业人才培养的探索与实践

吕金虎 , 王磊 , 刘克新 , 王薇 , 刘德元 , 蒋茁

控制工程. 2024, 31(9): 1654-1660.

摘要 ( )

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自动化是将人类从繁重危险的体力和脑力劳动中解放出来并推动生产力发展的关键技术之一，对近代科技发展的贡献无处不在。人工智能技术的飞速发展对自动化专业的人才培养提出了新要求。网络智能时代如何培养具备厚基础、宽口径、强能力、高素质的新一代高质量创新型人才是自动化专业人才培养的重要使命。北航自动化专业始建于 1954 年飞机设备系，数代自动化人传承红色基因、赓续初心使命，培育出一大批自动化专业的杰出人才，有力支撑了我国国防重大工程领军领导人才的队伍建设。新时代新征程，北航自动化人提出了思政与培养、艺术与专业、理论与实践“三协同”的育人理念；经过三届班子接续干，形成了具有鲜明国防特色的“养德润人、融艺启人、创新育人”的控制学科本研一体人才培养体系，开拓了我国自动化专业人才培养的新途径。

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多学科交叉类课程思政教育探索与实践 ——以系统科学与人工智能课程建设为例

温广辉 , 付俊杰 , 万颖 , 吕跃祖

控制工程. 2024, 31(9): 1661-1668.

摘要 ( )

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教育是党的事业发展的重要保障，是国家兴旺发达的根本基石。习近平总书记强调，要落实立德树人的根本任务，努力培养担当民族复兴大任的时代新人，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。新时代背景下，如何在多学科交叉类课程中开展思政教育教学工作，培养具有多学科交叉特色的高质量创新型人才，成为了人才培养的关键任务和重要挑战。作者结合自身系统科学的交叉学科特色，对多学科交叉类课程人才培养进行探索与实践，通过明确思政育人目标、修订教学大纲、精选思政育人素材、构建典型案例、注重实践育人、完善考核方式等多种方法，提升多学科交叉类课程思政教育的效果。这一系列有效的实践方案和跨学科交叉的人才培养模式，有望为我国系统科学与人工智能专业相关的人才培养提供有益的参考，以培养更多具备全面素质和创新能力的时代新人，为国家建设和发展提供更多智力支持。

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航空航天特色自动化专业人才融合创新培养与实践

张绍杰, 姜斌, 陈谋, 唐超颖, 冒泽慧, 马亚杰

控制工程. 2024, 31(9): 1669-1674.

摘要 ( )

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新一轮科技革命对工科专业人才培养提出了新要求。南京航空航天大学自动化专业近年来在学生理想信念教育、航空航天+人工智能特色课程体系改革、综合实践环境建设和人才培养的国际化等方面开展了全面的建设和改革，取得了一定成效。促进了学科专业协同发展、校企合作和国际合作的深化，学生培养质量得到了显著提升，可为行业特色高水平大学工科专业人才培养提供参考。

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人工智能驱动的自动化新工科专业建设探索与实践

陈东岳, 刘建昌, 潘峰, 杨涛, 常玉清, 王洪峰, 谭树彬, 邱菊

控制工程. 2024, 31(9): 1675-1684.

摘要 ( )

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在新工科专业改革的大背景下，围绕人工智能与自动化交叉融合的主题，针对相关专业背景和知识体系特点，介绍和讨论了自动化新工科专业的建设思路与改革举措。然后，结合东北大学信息科学与工程学院的自动化新工科专业建设工作，对上述建设方案进行了系统性的探索与实践，在课程体系设计、教学资源建设和教学质量保障等方面进行了大量有益的尝试，并对相应的建设成果与问题进行了总结与分析，为人工智能驱动的自动化新工科专业建设探索了可供参考的实践方案。

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非最小相位工业过程自校正控制教学实验平台

岳恒 , 庞为光 , 贾瑶 , 李健

控制工程. 2024, 31(9): 1685-1692.

摘要 ( )

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工业过程中的非最小相位被控对象因其具有反向特性而会给控制器设计带来困难，在自动化教学中对非最小相位概念的描述通常偏重于零点位置、零动态等理论概念，因缺乏直观性而使得学生不易理解透彻。结合自适应控制课程教学，基于工业过程中典型的空气加热混合过程，通过合理构造实验条件，构建了具有非最小相位特性的物理被控对象装置，在此基础上，研发了自校正控制教学实验平台，可以开展非最小相位工业对象的辨识、控制和自校正控制的教学实验，有助于加深自动化专业学生对非最小相位概念的理解，从而改善教学效果。

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自动化专业人才高质量就业模式的探索与实践 ——以东北大学信息科学与工程学院为例

亓红强 , 刘晓瑜

控制工程. 2024, 31(9): 1693-1698.

摘要 ( )

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就业工作是高校人才培养的重要环节，关乎学科发展和社会稳定。聚焦高校自动化人才培养过程中的就业指导与服务环节，以认知信息加工理论为依据，提出了自动化专业人才就业质量提升思路。同时，以东北大学信息科学与工程学院“一二三”就业指导工作模式为例，阐述了自动化专业人才就业实践新举措，以期为相关高校就业指导工作改革提供有效借鉴。

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我国自动化专业研究生理论课程教学研究

张亚军, 卢绍文

控制工程. 2024, 31(9): 1699-1703.

摘要 ( )

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针对我国自动化专业研究生课程的教学现状，从课程内容、授课方法、模式、实验系统、考核方法以及学生创新思维的培养模式等方面揭示自动化专业研究生理论课程教学存在的问题。并对关键问题给出建议，力争在下一阶段实现以建模、控制、优化为主线，以自动化与智能化系统设计为核心，同时融入人工智能、工业互联网、云计算等新技术为主体的课程设置，推陈出新，创新教育教学方法，切实提高我国自动化专业研究生理论课程教学水平。

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多学科交叉融合课程的建设——以过程装备控制技术课程为例

邓鸿英 , 杨秦敏 , 刘毅

控制工程. 2024, 31(9): 1704-1709.

摘要 ( )

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加强多学科交叉融合课程的建设，是高校培养高质量复合型创新人才的重要保障。过程装备控制技术课程内容涵盖了机械工程、控制科学与工程、化学工程、信息与通信工程等学科知识，属于典型的多学科交叉融合课程。针对该类课程知识点多而分散、内容广而抽象、理论难以联系工程实际等教学共性问题，考虑过程装备与控制工程专业特色，探索积极有效的多学科交叉融合课程的教学和实践方案，包括提炼课程教学目标、精选教学内容、探讨“任务引领式”主题教学模式、设置多学科知识交叉融合的综合作业和实验、打造多元化全过程考核方式等。实施结果表明，上述方案可为深化多学科交叉融合课程建设、引入研究性教学模式、培养学生创新思维和实践能力等方面提供有益参考。

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“双一流”背景下《自动控制理论》课群改革与实践

李怡然, 夏元清, 张金会, 翟弟华, 孙中奇

控制工程. 2024, 31(9): 1710-1715.

摘要 ( )

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党的二十大报告指出，教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。研究型大学的本科教育必须要融合和依托学科发展，将学科发展特色和精神内涵与专业建设和课程建设的要求相统一。《自动控制理论》课程是自动化类专业的核心课程，具有理论性强、概念繁多、数学推导复杂的特点，学生缺少对控制系统的整体认知。教学改革以课群为基本单元，依据成果导向教育(outcome-based education, OBE)理念进行设计实施，在课程目标设置和内容设计以及课程思政案例和项目案例选择方面充分融合学科特色。以“建构主义学习理论”为指引，建立课群、打通理论课程与实验课程界限，共同进行顶层设计，授课过程相互支撑，能力培养相互融通，尊重认知规律、关注学习成效、健全质量标准、落实持续改进。

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基于创新能力培养的自动化类专业实践教学探索

程刚 , 焦尚彬 , 刘涵

控制工程. 2024, 31(9): 1716-1721.

摘要 ( )

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提升学生的创新能力和综合工程实践能力，构建高水平的创新实训平台是必不可缺的条件。结合行业背景和地方院校的自动化类专业特色，以具体的可编程逻辑控制器 (programmable logic controller, PLC)三轴运动控制实训平台构建为例，按照标准工业自动化产品设计流程，从平台的硬件构建到软件设计，从基本功能实现到创新型功能设计，每一个环节都需要学生将所学课程知识充分理解且综合运用方能实现。该实训平台的构建可有效促进学生的实践能力和创新能力整体水平的提高，适应当今我国社会对复合型应用型专业人才培养的需求。

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基于机器视觉的二维码检测教学实验系统设计

杨乐 , 何大阔 , 王正松

控制工程. 2024, 31(9): 1722-1728.

摘要 ( )

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设计了一套基于机器视觉的二维码检测教学实验系统。依次对该系统的总体方案、图像采集系统、运动控制系统、图像处理方法和人机交互界面进行了具体设计，进而制作了实验样机，并针对某包装印刷企业实际需求进行了二维码的检测实验。实验结果表明，所设计的系统最高二维码检测速度为 7 个/s，对错印、漏印和重码等缺陷问题的误检率≤0.05%，能够满足设计要求。该系统已应用于自动化专业的实践教学中，弥补了当前能够模拟真实工业场景的实践教学设备的不足。实践表明，所设计的系统可有效帮助学生提高机器视觉相关课程学习的系统性和连贯性，助力创新型自动化工程科技人才的培养。

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2024年, 第31卷, 第9期　
刊出日期：2024-09-20

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