2025年, 第32卷, 第5期　
刊出日期：2025-05-20

  

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  基于体表显著性分析的呼吸特征提取方法

  郁树梅, 王少葳, 姚耀, 孙荣川, 孙立宁

  控制工程. 2025, 32(5): 769-776.

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  射波刀依赖胸部标记点提取体表特征，但存在信息提取不全及易丢失关键数据的问题。此外，呼吸引发的多结构耦合运动使不同胸腹区域的运动特征差异明显，从低相关区域提取特征易降低模型精度。为此，提出基于显著性分析的体表特征提取方法。首先，构建显著性评价函数，以区域三重属性量化显著性，并采用核主成分分析(kernel principal component analysis, KPCA)将3个属性值降维至单一显著性值，筛选与肿瘤运动高相关区域；随后，利用Octomap体素化处理目标区域，并借助局部线性嵌入(locally linear embedding, LLE)降维提取低维特征向量，以构建高精度体表-肿瘤运动关联模型。实验结果表明，相较于传统的标记点方法，该方法显著降低了关联误差，提升了模型的鲁棒性与预测精度。
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  面向磁性硬盘定制化消磁的磁场数值建模与分析

  徐喆, 张自影, 汤健

  控制工程. 2025, 32(5): 777-787.

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  为确保隐私安全和防止失密泄密，在对作为典型城市再生资源的废旧磁性存储介质进行资源化利用前，需要销毁其所包含信息。目前，业界多采用不符合国家“双碳”战略的最高磁场强度消磁方式，缺少如何进行定制化消磁的理论与应用探索。对此，提出面向磁性硬盘定制化消磁的磁场数值建模与分析方法。首先，进行消磁机多层多匝矩形线圈磁场强度的理论计算；接着，进行基于COMSOL软件的消磁磁场数值建模，完成与理论计算的验证后，分析电流密度、线圈高度、封装尺寸与磁场强度的影响；最后，基于所研制的消磁正样机进行验证，证明了定制化消磁理论的正确性和实际的可用性，为节能减碳提供了支撑。
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  事件触发机制下旋转倒立摆的漏斗跟踪控制

  段玉林, 汪宇陆, 彭诗月, 龙离军

  控制工程. 2025, 32(5): 788-796.

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  为节约网络资源，提高复杂系统的控制性能，针对旋转倒立摆非线性系统模型，提出一种事件触发机制下的漏斗跟踪控制方案。首先，利用漏斗控制方法，构建与跟踪误差相关的归一化函数和障碍函数；其次，设计基于反步法的漏斗控制律；最后，设计事件触发漏斗控制器，并提出一种新型事件触发机制，通过引入幂函数，设计与漏斗控制律的幂函数相关的触发阈值，在保证系统性能的情况下节约通信资源。理论分析表明：① 闭环系统内所有信号都是有界的；② 控制器能够保证倒立摆摆杆跟踪参考信号；③ 对于0t∀≥，跟踪误差一直在预设的性能漏斗内演化，且排除奇诺现象。最后，通过模拟仿真验证方案的实用性和有效性。
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  基于对偶的快速3D位姿图验证方法

  李雨洁, 魏国亮, 蔡洁

  控制工程. 2025, 32(5): 797-805.

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  位姿图优化(pose graph optimization, PGO)是同时定位与建图(simultaneous localization and mapping, SLAM)中最重要的后端优化技术之一，旨在搜寻具有全局最优性的解。为了检验给定候选解的全局最优性，提出了一种基于对偶的快速3D位姿图验证技术。首先，改写原始的PGO问题公式，建立一个复杂度更低的等价优化问题；其次，推导对应的拉格朗日对偶问题，并利用对偶问题的性质评估候选解的质量；最后，在模拟和真实的SLAM数据集上进行实验评估。结果表明，该算法具有可伸缩性、计算成本低等优点，可以有效地进行最优性验证。
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  基于多胞体双滤波的非线性系统集员状态估计方法

  洪巍, 何青, 吴晓烨, 唐琼霜

  控制工程. 2025, 32(5): 806-812.

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  在非线性状态估计领域，针对未知有界噪声环境，提出了一种融合多胞体卡尔曼预测与超平行体观测约束的双滤波算法。该方法首先通过中心差分方法对模型进行一阶展开，采用凸差规划技术构建线性化误差的外定界空间，将状态可行集和线性化误差统一表示为多胞体形式，进而利用多胞体卡尔曼框架递推求解下一时刻的预测状态可行集。在量测更新阶段，通过将当前时刻的观测约束带分解为多个超平行体的交集，并依次与预测状态可行集进行交集运算，最终得到更新后的状态可行集。该算法通过优化集合交集运算策略，有效抑制了传统方法在交集计算中出现的维度爆炸问题，降低了估计结果的保守程度。仿真实验证明了该算法的可行性和有效性。
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  基于改进离散蜂群算法的多AUV协同任务分配

  马红军, 孙兵, 张威

  控制工程. 2025, 32(5): 813-820.

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  本文针对多自治式潜水器(autonomous underwater vehicle, AUV)水下协同任务分配问题，用拍卖算法对蜂群优化的选择过程进行部分改进，以使得任务分配的结果更接近全局最优。在模型问题上，将AUV能量储备考虑在内。在计算时，采用分级任务分配的模式，降低计算时的数据维度。在第一级目标分配中，采用拍卖算法进行准确的一对一分配。在第二级的选择过程中，利用改进的离散蜂群算法进行迭代寻优，并在适应度中引入一个收缩因子，以使任务分配的最终结果更接近于帕累托最优状态。实验结果表明，该方案具有较快的收敛速度和良好的稳定性。
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  考虑曲线路况的网联车辆队列控制研究

  邓福桐, 文世喜, 赵园, 胡玲艳

  控制工程. 2025, 32(5): 821-829.

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  针对考虑曲线路况下的网联车辆队列控制问题进行研究。首先，结合曲线道路因素分析了车辆动力学特性；然后，考虑车间通信存在的数据丢包以及车辆执行机构存在的延时影响，构建了具有延时、切换形式的车辆队列跟踪控制系统；其次，结合切换系统理论与李雅普诺夫稳定性理论，得到了能够保证此车辆队列跟踪控制系统稳定的控制器存在条件，并以此设计反馈控制器,并分析队列稳定性;最后，利用仿真实验验证了所提算法的有效性。
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  基于人工鱼群算法的塔式起重机智能路径规划

  肖智珺, 陈志梅, 邵雪卷, 张井岗

  控制工程. 2025, 32(5): 830-836.

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  针对传统人工操控塔式起重机在运输货物时易导致路径拐点多、负载摆动大的问题，提出一种改进的人工鱼群塔式起重机智能路径规划的新算法。根据塔式起重机的工作环境，建立三维的地图环境模型来模拟障碍物较多的复杂建筑环境，并结合起重机在建筑场所的运行特点，对传统人工鱼群算法(artificial fish swarm algorithm, AFSA)进行改进，采用自适应策略让鱼群在寻优过程中的状态不断变化，及时调整自身的移动步长和视野，并基于生存竞争机制对人工鱼的随机行为进行改进，在一定程度上改善了算法的寻优能力，利用三次方样条数据插值拟合曲线得到更适合塔式起重机的光滑避障路径。仿真结果表明，改进后的算法为塔式起重机在障碍物较多的复杂建筑环境下找到一条最优避障路径。
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  混煤条件下磨煤机出口温度设定值的前馈反馈建模与控制

  王建, 徐仁博, 李前胜, 姜彦辰, 张庆冠, 王翔, 王永富

  控制工程. 2025, 32(5): 837-844.

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  目前，电厂磨煤机出口温度的设定没有考虑混煤煤质参数变化的特性和制粉过程不确定的影响。为了进一步提升能源的合理利用率，提出混煤条件下磨煤机出口温度设定值的前馈反馈建模与控制研究。首先，针对磨煤机出口温度设定系统没有考虑混煤煤质参数变化的特性问题，提出通过对混煤的挥发分和水分的在线参数监测、模糊规则挖掘和决策，形成磨煤机出口温度设定值的前馈补偿模型；然后，针对制粉过程中环境、煤种变化或设备老化等不确定因素导致传统PI控制精度降低的问题，依据专家域知识建立设定值偏置与输出温度误差的反馈模糊补偿模型，通过进一步动态改变设定值来达到提高稳态控制精度的目的；同时，在此过程中引入事件触发机制和离散补偿，以减少冷风门挡板的摆动；最后，通过实验对所提方法进行验证，结果表明，所提出的前馈反馈建模与控制能在保证安全生产的前提下，有效提升混煤制粉过程的能源利用率。
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  基于快速有限时间扰动观测器的欠驱动船舶轨迹跟踪控制

  王磊, 纪侃宏, 於鑫

  控制工程. 2025, 32(5): 845-854.

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  针对受外部环境干扰和输入受限影响的欠驱动水面船舶的轨迹跟踪控制问题，设计了一种带有扰动观测器的复合控制方法。首先，设计了一种快速有限时间干扰观测器(finite time disturbance observer, FTDO)，并通过Lyapunov稳定性分析证明其有效性。与普通的FTDO相比，新观测器即使初始误差远离原点，也能使估计误差快速收敛到零。然后，基于快速FTDO，利用反步法设计了一种新的轨迹跟踪复合控制器，实现了水面船舶控制系统轨迹跟踪误差在有限时间内趋于零点半径任意小的邻域内。最后，通过仿真将所设计的控制器与现有控制器进行比较，验证了所提方法的有效性。
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  基于新型ASMO与双锁相环的PMSM无传感控制

  黄友锐, 刘中全, 韩涛

  控制工程. 2025, 32(5): 855-865.

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  针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)无传感器控制中转子速度和位置的估计精度不高、系统抖振等问题，提出一种基于预滤波-双锁相环(prefilter-dual phase locked loop, P-DPLL)的新型自适应滑模观测器(adaptive sliding mode observer, ASMO)方法。首先，选择具有非线性性质的连续sigmod函数作为切换函数；然后，构造Lyapunov函数，并得到一个详尽的稳定性条件；在此基础上，结合自适应算法和滑模电流观测器对反电动势误差进行估计；最后，设计P-DPLL用于提取PMSM正、负2个方向上加减速工况下准确转子位置的信息。实验结果表明：基于P-DPLL的ASMO方法能够有效地提高PMSM无传感器控制中转子的速度和位置的估计精度，减少系统抖振。在电机受到扰动后，平均恢复时间减少0.02 s，平均位置误差减少6.7%。
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  基于RNN的倾转四旋翼无人机滑模控制

  李晨, 熊晶晶

  控制工程. 2025, 32(5): 866-873.

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  针对倾转四旋翼无人机处于不同倾转角的固定翼模式以及直升机模式下的位姿跟踪控制，提出一种基于循环神经网络(recurrent neural network, RNN)的自适应滑模控制策略。首先，将四旋翼动力学模型分为全驱动和欠驱动2个子系统。鉴于无人机存在模型参数的不确定性和外部扰动，通过循环神经网络对等效控制器进行估算，以解决使用滑模控制方法得到的等效控制器不能直接应用于无人机的问题。然后，为保证控制系统的稳定性，并削弱控制器的抖振，设计了新的切换控制器。根据Lyapunov理论，2个子系统均能到达滑模面。最后，通过对比仿真验证了所提方法的有效性。
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  O5产品集批生产的建模与优化

  刘国莉

  控制工程. 2025, 32(5): 874-881.

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  以典型的冷轧生产系统为研究背景，针对具有高附加值的O5产品的集批生产计划问题进行了研究。由于此类产品对表面质量的要求极高，导致其生产过程中涉及的切换费用和库存成本非常高。鉴于此，以最小化切换费用和库存成本为目标建立了用于描述O5产品集批生产计划问题的混合整数规划模型，模型中充分考虑了各种实际相关约束。同时开发了有效的拉格朗日松弛求解算法，并使用基于实际生产数据产生的400个算例进行了仿真实验，计算结果显示该算法能够在合理的时间内得到高质量的解。
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  基于用户伪强概念的协同过滤推荐算法

  张健安, 杨凯

  控制工程. 2025, 32(5): 882-890.

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  在基于形式概念分析的协同过滤算法中，概念格的构建通常需要大量计算资源，限制了其在大规模数据集上的应用。为此，伪强概念的引入可显著降低资源消耗。同时，通过对“近邻”集合进行划分，以及对影响因子和相似度进行融合，能够进一步提升推荐效果。提出了一种基于用户伪强概念的协同过滤推荐算法。该算法首先利用用户伪强概念的外延集合对“近邻”用户组进行划分，并针对不同类型的用户定义相应的相似度计算方法。随后，通过融合均方差影响因子和相似度来计算预测评分。在MovieLens-100K数据集上的实验结果表明，与传统基于用户的协同过滤算法相比，所提算法在召回率和1F值等评价指标上均有显著提升，验证了其有效性和实用性。
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  基于XGBoost的小型循环流化床锅炉吹灰方案优化

  付周, 邹恒斐, 袁景淇

  控制工程. 2025, 32(5): 891-896.

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  对锅炉换热器进行周期性吹灰是提高锅炉热效率、保证锅炉安全运行的重要手段。以某75 t/h循环流化床锅炉为例，提出了低温段对流换热器积灰系数计算方法，将计算得到的积灰系数及部分锅炉测点数据作为输入变量，基于XGBoost算法建立锅炉热效率估计模型，调用积灰系数历史数据生成改变吹灰周期时的积灰系数曲线，利用锅炉热效率估计模型计算改变吹灰周期对热效率的影响，进而确定改进的吹灰方案。寻优仿真结果表明，该锅炉在测试时段内每8 h一次吹灰时的吹灰收益增量最大。上述方法对制定智能吹灰策略有潜在的应用价值。
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  基于ESAKF的PMSM扰动补偿策略

  程勇, 李森豪, 李思卿, 贺虎成

  控制工程. 2025, 32(5): 897-905.

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  针对永磁同步电机内模控制中存在的模型失配、参数摄动及外部干扰导致的电流误差问题，设计了一种基于内模控制的自适应卡尔曼滤波器，来实现对电流环的补偿控制。在电流环解耦的情况下，建立内模控制器，将由模型失配、参数摄动及外部干扰引起的系统扰动与内模控制器反馈电流作为状态变量构造系统的状态方程，建立扩张状态建模下的自适应卡尔曼滤波器。在降低计算复杂度的基础上，观测系统扰动，为内模控制提供实时扰动补偿。通过仿真与实验结果验证了所提算法在模型失配时能够实现电流的补偿，有效减少了电流纹波，减小了电流的稳态误差，提高了系统的鲁棒性。
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  基于加权联邦蒸馏的风电机轴承分布式故障诊断

  唐丹丹, 吴定会

  控制工程. 2025, 32(5): 906-912.

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  针对风电机轴承数据异构、样本数量少导致分布式故障诊断精度低的问题，提出一种基于加权联邦蒸馏(weighted federated distillation, WFD)的风电机轴承故障诊断方法。首先，提出一种改进的加权联邦参数更新方法，计算风电机客户端的余弦相似度进行参数更新，实现个性化的联邦学习；然后，提出一种基于卷积神经网络的加权联邦蒸馏方法，在教师网络和学生网络之间进行知识蒸馏；最后，根据小批量随机梯度下降法最小化损失函数，实现对轴承故障类型的分类。所提方法在样本数量小的情况下，能通过联邦蒸馏有效学习到其他客户端的知识，同时改进的加权联邦参数更新方法能有效降低数据异构带来的特征差异。经仿真实验可知，与其他方法相比，所提方法具有较高的精度和泛化能力。
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  基于约束处理全局自优化控制测量组合选取

  陈忠法, 王艳, 纪志成

  控制工程. 2025, 32(5): 913-920.

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  组合的选取方法。通过对约束建立线性化模型，推导了约束和扰动之间的关系。为了选取测量变量子集，在全局自优化控制优化问题中加入惩罚项，通过列稀疏剔除对系统控制影响较小的测量变量，使稳态损耗与测量变量数量之间取得最佳均衡。在此基础上，引入罚函数内点法处理积极约束变化的情况。在实际工业过程中，由于干扰通常会导致积极约束发生变化，因此在全局自优化控制测量组合选取中考虑积极约束变化更具现实意义。通过蒸发过程的仿真结果验证了所提方法在约束处理和测量组合选取方面的有效性。
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  易跳出局部最优的改进引力搜索算法及应用

  赵彤彤, 王海红, 王秀英, 杜军威

  控制工程. 2025, 32(5): 921-927.

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  针对引力搜索算法易早熟、收敛速度过快、难以平衡在进化过程中的全局和局部搜索能力、寻优精度不高等缺点，提出一种带有随机更新速度、易跳出局部最优的引力搜索算法(jump-gravitational search algorithm, JGSA)。首先，利用反向种群提高算法初始种群的质量；然后，引入粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法的学习策略更新算法的速度，实现全局与局部搜索能力的平衡；最后，当算法陷入局部最优时，设计了随机更新速度，使之跳出局部最优。利用6个基准测试函数进行仿真实验，并将JGSA应用到炼钢-连铸生产调度中，与其他算法进行比较的结果表明，JGSA在寻求最优调度计划方面有更好的优化性能。
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  基于Smith-模糊PID的风干区温度控制系统设计

  赵亮, 陈惠贤, 姚运萍

  控制工程. 2025, 32(5): 928-935.

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  为实现硬胶囊生产线风干区域的温度精确控制，并解决惯性大、延时大等问题，提出了一种采用Smith-模糊PID控制器的温度控制系统。首先，根据生产线相关温度控制的经验和实际情况，构建温度控制系统的数学模型。其次，结合数学模型设计PID温度控制器，利用模糊控制算法对PID的3个参数进行模糊自调节，进而引入Smith预估算法进行延时补偿，设计出Smith-模糊PID控制温度控制系统。最后，在MATLAB-Simulink中进行3种PID控制器的仿真比较。结果显示：Smith-模糊PID控制系统具有超调量基本为零、调节时间较快、稳定性更好的优点。再结合实验，整个过程中风干区温度被控制在(40±0.5) ℃范围内，进一步证明了该温度控制方法的可行性和有效性。
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  基于YOLOX-FA的油泵组件目标朝向检测算法

  常杰, 王呈, 杨桂锋

  控制工程. 2025, 32(5): 936-942.

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  Mprop组件的安装朝向检测是油泵质检的关键，针对基于旋转目标检测的目标朝向检测算法的流程复杂、精度低、检测角度受限等问题，创新性地提出了一种YOLOX-FA(YOLOX-full angle)全角度目标朝向检测算法。首先，设计了一种六参数表示方法，通过改进YOLOX算法解耦头结构实现六参数输出，能够对目标位置、宽高、朝向、类别进行同步解耦检测；其次，在解耦头前端嵌入了卷积注意力模块(convolutional block attention module, CBAM)，增强了模型对目标关键特征的学习能力，提高了识别准确率；最后，引入角度偏差校正系数，通过改进后的旋转鲁棒交并比(rotation-robust intersection over union, RIoU)损失函数完成了油泵Mprop组件的全角度检测。实验结果表明，YOLOX-FA相较于OHDet算法具有更高的检
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  基于改进YOLOv5的表面缺陷检测方法

  张之江, 魏国亮, 张忠, 蔡洁

  控制工程. 2025, 32(5): 943-951.

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  为了提高工业产品表面缺陷的检测精度，提出了一种基于改进YOLOv5的表面缺陷检测方法。首先，结合MixUp、Mosaic和传统方法进行数据增强，修改YOLOv5残差单元，降低模型的浮点计算量；其次，将压缩激励(squeeze-and-excitation, SE)注意力机制插入特征提取层末端和颈部首端，去除特征图中无用的背景干扰，提高对特征的提取效率；最后，在颈部末端，插入上下文变化(contextual transformer, CoT)模块，提高平均检测精度。使用改进的形状交并比非极大值抑制(shape-intersection over union non-maximum suppression, SIoU-NMS)，剔除重复目标框。实验结果表明，在新材料地板缺陷数据集和瓶装白酒缺陷数据集上，所提算法的平均检测精度为81.2%和79.7%，较YOLOv5基线网络模型，分别提高了3.8%和4.6%，且优于其他典型的目标检测算法。这展现了该算法对工业产品表面缺陷进行识别和分类的精确性，可以更好地完成工业产品的质检过程。
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  ICPS多智能体对抗深度强化学习攻击检测模型

  邓志刚, 孙子文

  控制工程. 2025, 32(5): 952-960.

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  工业信息物理系统中存在大量的高维数据，且各类数据之间的数量差异巨大，致使攻击检测系统难以实现对稀有样本的精确检测。为此，在深度强化学习的基础上设计多智能体对抗训练机制，以动态增加稀有样本的训练次数，并结合优先训练机制实现难检测样本的优先学习，从而加强模型对于稀有样本的检测能力。为检验模型的性能，使用以Modbus作为通信协议的真实数据集进行测试。实验结果表明，与传统的攻击检测方法相比，设计的攻击检测模型能显著改善稀有样本的检测能力。