2025年, 第32卷, 第3期　
刊出日期：2025-03-20

  

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  基于双重注意力IJAYA-Elman的高炉煤气柜位预测

  吴定会, 朱勇, 范俊岩, 汪晶

  控制工程. 2025, 32(3): 385-393.

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  针对钢铁企业的高炉煤气柜位数据噪声含量大，波动因素多，难以准确预测的问题，提出一种基于双重注意力机制和改进JAYA(improved JAYA, IJAYA)算法优化Elman回归神经网络(Elman neural network, ENN)的高炉煤气柜位预测方法。首先，通过奇异谱分析对数据进行降噪处理，消除噪声干扰；然后，提出采用特征和时间双重注意力机制，动态挖掘高炉煤气柜位和输入特征间的潜在相关性，并提出一种改进的JAYA(IJAYA)算法优化ENN的初始权值和初始阈值，解决训练过程中容易陷入局部最优的问题；以某钢铁企业2种典型场景下的实际生产数据为样本，对所提出方法的预测精度进行验证和对比分析。仿真结果表明，所提方法的预测精度能够达到93.14%。
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  基于改进单神经元PID控制的航检设备稳定性研究

  张裕栋

  控制工程. 2025, 32(3): 394-399.

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  随着航空器维修自动化的高速发展，移动端航检设备已逐渐应用于航空器的日常巡检，但移动端设备作业过程中产生的振动会降低信息采集精度甚至损害航空器。针对负载末端机械谐振的抑制问题，提出了一种基于粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法改进的单神经元PID控制策略，在实现单神经元PID自适应调节的基础上，采用PSO算法对单神经元PID控制中的赫布(Hebb)学习速率进行参数整定。结果表明，所提出的控制方法相较于标准PID控制和神经元PID控制具有更好的振动控制时效和控制精度，并且验证了该方法在航空器巡检设备维修过程中的稳定性和有效性。
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  基于SEGAN和Open-DNN的工业控制系统入侵威胁检测研究

  胡智锋, 孙峙华

  控制工程. 2025, 32(3): 400-408.

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  针对工业控制系统容易遭受网络入侵威胁，进而影响工业控制系统安全性的问题，提出了一种结合生成对抗网络和深度神经网络的工业控制系统入侵威胁检测算法模型。该模型首先提出了一种样本均衡生成对抗网络，将反向传播神经网络(back propagation neural network, BPNN)作为分类器对入侵威胁进行分类，并通过蜻蜓优化算法实现对BPNN的改进。然后，结合开集识别和深度神经网络来实现对未知攻击的检测。最后，采用KDD数据集对模型的性能进行测试。实验结果表明，已知攻击的入侵威胁检测模型的准确率能够达到98%，F1值为0.947，召回率为0.975；未知攻击检测模型的精度为0.987，F1值为0.973，证明所提出的工业控制系统入侵威胁检测算法模型具有较高的检测精度，有效保障了工业系统的安全性。
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  永磁同步电动机指令滤波离散容错控制

  赵科淇, 于金飞, 刘加朋, 张加伟, 于金鹏

  控制工程. 2025, 32(3): 409-416.

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  提出了一种考虑输入电压波动的永磁同步电动机指令滤波神经网络自适应离散容错控制方法。首先，建立考虑输入电压波动的永磁同步电动机系统离散模型；其次，采用指令滤波器逼近非线性函数，处理反步法中的“因果矛盾”和“计算复杂性”等问题，结合神经网络自适应技术针对输入电压波动问题进行控制器设计；最后，通过李雅普诺夫稳定性理论验证了闭环系统半全局一致最终有界。实验结果证明，所设计的容错控制器能够积极降低电动机电压波动对系统稳定运行产生的影响，具有良好的鲁棒性。
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  基于自适应滑模策略的直流微电网安全控制

  楼琦凯, 陈蓓, 丁勐, 魏莹

  控制工程. 2025, 32(3): 416-424.

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  针对系统状态难以测量的直流微电网在欺骗攻击下的安全控制问题，提出一种自适应输出反馈滑模策略，以实现系统的稳定运行。考虑控制器到执行器的通信信道可能受到未知且时变的欺骗攻击，通过在线估计攻击强度以实时更新控制器参数，从而降低单纯利用攻击上界设计控制器带来的保守性，有效补偿欺骗攻击给直流微电网系统性能带来的影响。通过设计估计值依赖的李雅普诺夫泛函，得到可确保滑动模态渐近稳定和滑模面收敛域可达的充分条件。为了得到更小的收敛域，进一步提出基于遗传算法的优化求解问题。最后，通过MATLAB数值仿真验证了所提出的自适应滑模控制策略的有效性。
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  自动化专业教学实验系统综述

  岳恒

  控制工程. 2025, 32(3): 425-433.

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  不论在本科生层面还是研究生层面，自动化专业的人才培养一直都存在着工科教育理科化的倾向，教学注重理论和算法，忽视工程性和实用性；重视发表论文能力的培养，弱化工程素养和动手能力的培养。而自动化教学实验系统是连接理论和实践之间鸿沟的有效手段，因此，教学实验系统在自动化人才培养中占据重要的地位。从多个方面对自动化专业的教学实验系统和实验教学的国内外发展现状进行了综述，总结了自动化教学实验系统存在的问题，并结合面向智能制造的国家需求，对自动化教学实验系统的未来发展进行了展望。
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  多元协调的综合能源系统低碳经济调度策略

  胡福年, 卞建军, 徐伟成, 陈军

  控制工程. 2025, 32(3): 434-446.

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  为了解决综合能源系统(integrated energy system, IES)中可再生能源利用不充分、碳排放过高及运行经济性问题，在阶梯碳交易机制下充分发挥IES“源-荷-储”各个环节的调度潜力，首先根据可再生能源消纳水平将IES运行模式划分为“完全消纳”、“未完全消纳”2种运行模式。然后，按照电、热虚拟储能响应时间长短及响应特性差异对虚拟储能类型进行划分，并给出电、热虚拟储能运行方案。在“完全消纳”和“未完全消纳”2种运行模式下调用所提电、热虚拟储能运行方案，进而提出多元协调的综合能源系统低碳经济调度策略。根据所提策略建立多元协调的综合能源系统低碳经济调度模型。最后，利用MATLAB进行算例分析，仿真对比结果验证了所提调度策略在减少碳排放、增大可再生能源消纳及提高经济性等方面具有一定的优势。
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  基于交互式仿真和代理模型的高铁列车调度

  刘瑞广, 崔东亮, 代学武, 袁志明, 杨鹏鑫, 王星皓

  控制工程. 2025, 32(3): 447-458.

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  二维直线电机无模型自抗扰摩擦补偿轮廓控制

  常德彪, 曹荣敏, 侯忠生

  控制工程. 2025, 32(3): 459-468.

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  针对二维直线电机中存在非线性摩擦力和不确定性内外扰动的问题，设计一种无模型自抗扰控制器，该方案通过将无模型自适应控制(model-free adaptive control, MFAC)与自抗扰控制(active disturbance rejection control, ADRC)中的扩张状态观测器(extended state observer, ESO)相结合，形成无模型自适应观测器，既能够降低扩张状态观测器的估算负担，又可对二维直线电机单轴摩擦力以及内外扰动进行估算和补偿，进而提高位置跟踪精度。同时，为了提高二维直线电机的轮廓精度，在无模型自抗扰单轴控制基础上，提出了无模型自抗扰交叉耦合控制方案，以提高双轴同步控制精度，减小系统的轮廓误差。通过理论推导，验证了该控制方案的收敛性和可行性。仿真对比分析的结果表明，相比于常规自抗扰控制器，无模型自抗扰控制器的单轴跟踪精度得到了提高，同时无模型自抗扰交叉耦合控制能够进一步提高系统的轮廓精度。
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  热定型机余热回收系统烘箱温度建模

  周璐, 周丽春, 龚报钧, 金福江

  控制工程. 2025, 32(3): 469-475.

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  热定型机在加装余热回收装置后，存在热定型机烘箱温度波动大，烘箱温度波动不易控制的问题，进而容易出现加工产品质量不稳定、加工效率低等现象。为解决热定型机在加装余热回收装置后导致的热定型机烘箱温度波动问题，并为加装余热回收装置的热定型机烘箱温度控制系统提供模型参考，通过分析加装余热回收装置的热定型机工作原理，建立使用余热回收装置的热定型机工作方框图。运用模块化建模的思想简化建模流程，并从传质传热角度建立加装余热回收装置热定型机烘箱温度的数学模型。通过模型找出影响热定型机烘箱温度的因素，并分析影响原因。通过实验对比仿真温度值与实际设备的工作温度值，实验结果表明，该模型有较好的准确性。
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  基于改进型全局滑模控制算法的无刷直流电机控制

  林衍照, 王亚刚

  控制工程. 2025, 32(3): 475-480.

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  全局滑模控制对系统参数变化和外部干扰的不敏感特性以及在响应的全过程都具有鲁棒性的特点，可消除直流无刷电机的非线性因素带来的不利影响，但是滑模控制在本质上的不连续开关特性会引起系统的抖振。为解决上述问题，首先，设计了一种改进型的全局滑模控制方法，通过优化滑模控制器的趋近律，提升了系统的趋近速率。然后，对边界层厚度动态变化的饱和函数进行了改进，有效减小了输出抖振，增强了系统的稳定性。最后，证明了该方法在李雅普诺夫函数意义下能够实现收敛稳定。通过仿真实验对比了所提改进型算法与全局滑模控制算法和传统滑模控制算法对无刷直流电机的控制效果，最终证明改进型全局滑模控制算法具有更小的抖振以及更好的快速性和鲁棒性。
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  基于迁移学习的滚磨光整加工工艺要素决策

  史玉皓, 田建艳, 杨英波, 李文辉, 杨胜强

  控制工程. 2025, 32(3): 481-492.

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  在滚磨光整加工工艺要素决策中，当特征信息分布差异较大时，采用案例推理和专家推理模型会导致出现决策不准的问题。为此，提出了加权多源自适应迁移学习算法，构建了基于迁移学习的滚磨光整加工工艺要素决策模型。首先，对待加工零件信息、加工要求、工艺要素进行了特征表征；然后，为提高算法的适用范围，在基于流形结构的多源自适应迁移学习算法(multi domain adaptation-manifold regularization, MDA-MR)中引入适配因子与Wasserstein距离；最后，针对预测目标分类过多引发的负迁移问题，设计了工艺要素相似度匹配算法，综合构建了决策模型并设计了决策界面。仿真结果表明，该模型的决策准确率更高，可以为滚磨光整加工提供更有价值的决策支持。
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  一种新型激活函数的机床能耗预测神经网络研究

  刘晶晶, 刘业峰

  控制工程. 2025, 32(3): 492-499.

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  构造一种适用于反向传播(back propagation, BP)神经网络的新型激活函数Lfun (logarithmic series function)，并使用基于该函数的BP神经网络进行机床能耗状态的预测。首先，分析Sigmoid系列和ReLU系列激活函数的特点和缺陷，结合对数函数，构造了一种非线性分段含参数激活函数。该函数可导且光滑、导数形式简单、单调递增、输出均值为零，且通过可变参数使函数形式更灵活；其次，通过数值仿真实验在公共数据集上将Lfun函数与Sigmoid、ReLU、tanh、Leaky_ReLU和ELU函数的性能进行对比；最后，使用基于Lfun函数的BP神经网络进行机床能耗状态的预测。实验结果表明，使用Lfun函数的BP神经网络相较于使用其他几种常用激活函数的网络具有更好的性能。
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  基于模糊观测器的柔性机械臂指令滤波反步控制

  宿俊浩, 于金鹏, 刘加朋, 朱钰, 司晨怡

  控制工程. 2025, 32(3): 500-507.

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  针对模型参数未知的柔性关节机械臂系统，利用指令滤波及模糊观测器技术，提出了指令滤波模糊控制策略，实现了对该系统期望轨迹的跟踪控制。首先，设计模糊观测器来估计柔性机械臂的连杆角速度和电机转角速度；其次，利用模糊自适应技术来解决模型参数的不确定性；然后，应用指令滤波技术解决了控制器设计过程中的计算复杂性问题，并通过李雅普诺夫控制原理证明了该柔性关节机械臂控制系统中所有变量的收敛性；最后，利用仿真实验验证了所提方法在柔性关节机械臂控制中的有效性。
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  非完整多移动机器人固定时间一致性控制

  马小陆, 谭毅波, 梅宏

  控制工程. 2025, 32(3): 508-517.

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  研究了具有外部扰动的非完整轮式移动机器人编队控制问题，提出了固定时间一致性算法。首先，通过坐标变换定义了机器人动力学模型，并将扰动因子引入到模型中；其次，采用领航跟随策略，将系统的编队控制问题转换为简单的一致性跟踪问题，并将误差跟踪系统分为2个子系统；再次，通过设计双幂次趋近律和非线性函数，针对2个子系统设计了固定时间一致性控制器，使得机器人编队在固定时间内稳定收敛；然后，通过李雅普诺夫理论对控制器进行稳定性验证；最后，将所提算法与渐近收敛算法以及有限时间一致性算法进行对比，结果表明，无论机器人的初始状态如何，固定时间一致性算法都能保证快速稳定的收敛，进而说明了固定时间一致性算法的有效性。
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  基于MPC的地形跟随航迹跟踪控制方案设计

  卜瑞宇, 王彪, 李宏成, 唐超颖

  控制工程. 2025, 32(3): 518-526.

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  针对亚音速固定翼飞行器的地形跟随飞行问题，设计了航迹规划及通过模型预测控制(model predictive control, MPC)进行航迹跟踪的整体方案。首先，地形跟随参考航迹曲线的形状由三次样条函数结合目标区域的地形高程数据，通过求解优化问题确定。在此基础上，充分发挥MPC预测未来动态变化的能力，设计了惯性系与机体系下进行航迹跟踪与误差评价的新方案。仿真结果表明，在考虑低空风切变和紊流影响的真实地形下，预设方案能有效评价跟踪效果，采用所提航迹跟踪策略可以达到理想的地形跟随效果，跟踪精度高、空速稳定能力强，且满足指标规范的安全要求。
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  基于半分布式中间观测器的多智能体系统故障估计

  盛洁, 牟宗磊, 王友清

  控制工程. 2025, 32(3): 527-534.

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  针对一类带有时滞、同源故障和非同源故障的异构多智能体系统，设计了半分布式中间观测器，以同时估计系统的状态和故障。首先，定义了相对输出估计误差和绝对输出估计误差作为观测器的反馈项，并建立了半分布式中间观测器。其次，利用李雅普诺夫稳定性理论，得出状态估计误差和故障估计误差一致最终有界的充分条件。再次，采用线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI)计算出观测器的参数矩阵。最后，基于MATLAB仿真结果验证了该方法的有效性和可靠性。
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  基于IBSA的四旋翼无人机ADRC参数优化

  陈城, 刘云平, 鲁倍辰, 王爽, 方卫华

  控制工程. 2025, 32(3): 535-544.

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  针对多变量和强耦合的四旋翼无人机自抗扰控制器的参数多且难以整定优化等问题，提出了一种改进鸟群算法来整定优化四旋翼无人机自抗扰控制器的参数。首先，采用欧拉-庞卡莱方程建立模块化的符号数学模型，以提高四旋翼无人机的建模效率。其次，基于所建立的符号数学模型对其进行参数化。然后，将经典PID控制算法、自抗扰控制器算法、基于粒子群优化的自抗扰控制器参数优化算法以及基于改进鸟群算法的自抗扰控制器参数优化算法在四旋翼无人机的姿态稳定性、跟踪稳定性以及抗干扰稳定性等方面分别进行比较分析。最后，结果表明，基于改进鸟群算法的自抗扰控制器参数整定优化算法具有抗干扰性强、收敛速度快以及鲁棒性好等优势。
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  面向河道巡检的多无人机协作路径规划

  马德进, 陈洋, 朱振华

  控制工程. 2025, 32(3): 545-552.

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  针对河道巡检的覆盖控制问题,探讨如何部署无人机和优化无人机的飞行轨迹，以尽可能提高巡检质量和巡检效率。考虑河道边界不断变化的特点，采用多无人机协同作业模式，针对目标区域开展移动覆盖检测工作。首先，在待覆盖区域的两端部署2个虚拟节点，结合两侧河岸共同构建可动态调整的封闭区域，并采用Voronoi图划分方法为各无人机分配检测子区域。然后，基于无人机的检测时间、飞行速度和探测距离设计巡检质量的评估指标。最后，以无人机运动加速度为控制变量设计运动控制器，实现了无人机飞行轨迹的精准规划。数值仿真表明，所提方法可行有效，并且可以适应边界不断变化的河道。
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  参数蚁群优化的含间隙机械臂迭代学习控制

  王新培, 谢凌波, 蒋勉, 杨铭健

  控制工程. 2025, 32(3): 553-563.

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  磨损间隙严重制约长期重载工况下工业机械臂的精准控制。以含磨损间隙的选择顺应性装配机械臂(selective compliance assembly robot arm, SCARA)为研究对象，提出基于参数蚁群优化的迭代学习控制方法，用于实现含间隙机械臂的高精度运动控制。首先，基于改进的Archard磨损方程建立不同位姿的时变间隙模型，并结合无间隙机械臂运动学方程建立考虑磨损间隙的整体运动学模型。然后，鉴于机械臂的结构变形、检测误差等干扰影响，应用蚁群优化算法和迭代学习算法，设计机械臂的精准控制方法。同时，通过概率分析对此控制方法进行收敛性证明，并采用多种运动轨迹验证控制效果。研究结果表明，参数蚁群优化的迭代学习控制方法可以在多种运动轨迹下保证含间隙机械臂的精准稳定控制。
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  具有不确定参数的Lagrange系统的自适应控制

  展晴晴, 祁小银, 赵星宇, 柴元, 吴泉军

  控制工程. 2025, 32(3): 564-570.

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  在参数不确定的情况下，考虑具有有向拓扑结构的网络化Lagrange系统，提出一种基于自适应控制的跟踪同步协议，给出了一个复杂时滞Lagrange网络系统的同步化代数判据。这些判据可以提供一种新的自适应控制策略，可以将Lagrange系统全局同步到一个给定的时变目标轨迹。结果表明，Lagrange系统的同步不仅取决于整个网络的拓扑结构、每个节点的动力学模型和系统的时滞，而且依赖于控制增益矩阵。最后，数值模拟结果验证了所提控制算法的有效性。
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  多关节机械臂自适应非奇异快速终端滑模控制

  朱梦念, 王亚刚

  控制工程. 2025, 32(3): 571-576.

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  针对二阶非线性多关节机械臂系统模型存在的不确定性和未知干扰问题，以及终端滑模控制中容易出现的奇异问题，首先，提出改进的非奇异快速终端滑模面，并进行了有限时间收敛的证明。然后，针对实际系统中不确定项边界无法轻易获取的问题，在改进滑模面中加入自适应算法估计不确定性项的边界。最后，通过仿真验证了自适应非奇异快速终端滑模控制器能够使系统稳定地收敛到平衡点，并经过对比验证了所提控制器的轨迹跟踪能力明显优于其他控制器。