控制工程

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李擎, 高继伟, 阎群, 王佩宁, 李震东

控制工程. 2025, 32(8): 1345-1354.

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针对大型铝电解槽氧化铝浓度分布不均匀的问题，提出了一种基于自适应分布式子空间预测控制的下料策略。首先，依据下料口的空间分布将铝电解槽划分为多个相互耦合的子系统，通过在线数据直接构建各子系统氧化铝浓度自适应分布式子空间的预测模型；然后，设计了残差驱动模型切换机制，仅在模型偏差超出阈值时触发模型参数更新，平衡计算效率与模型精度；最后，基于纳什最优理论构建分布式预测控制器，实现了铝电解槽全局协同下料优化。基于某铝厂实际生产数据的仿真验证表明，所提方法显著改善了大型铝电解槽氧化铝浓度的时空均匀性。

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计及多种不确定因素的逆变器在线补偿控制

胡长斌, 程麟舒, 罗珊娜, 张赛, 陆珩

控制工程. 2025, 32(8): 1355-1365.

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为抑制传感器噪音干扰、外部扰动、模型参数摄动等不确定因素对输出电压的影响，提出一种计及不确定因素的逆变器在线补偿控制结构。首先，建立模型参数摄动影响下逆变器的状态空间模型和残差生成器模型，基于残差生成器输出的残差，分析扰动和参数摄动问题对系统的影响；其次，考虑到运行过程中的传感器噪声干扰会影响观测精度，引入卡尔曼滤波器，提升观测效果；然后，针对外部扰动，设计基于模型匹配原理的补偿控制器Q(z)，并利用梯度下降算法对补偿控制器在线优化，增强补偿控制器对参数摄动的抑制能力；最后，使用基于PXI半实物仿真实验平台验证了该方法的有效性。

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数据驱动的烟气脱硫浆液pH值控制性能优化

单港生, 王志国, 刘飞

控制工程. 2025, 32(8): 1366-1342.

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为了提高火电厂湿法烟气脱硫效率，针对脱硫浆液的pH值控制过程，设计了一种基于最小方差指标驱动的拓展虚拟参考迭代优化算法来优化控制性能。首先，利用pH控制过程的输入输出数据来计算系统的控制性能指标，与指定性能指标阈值比较后，再决定是否进行控制参数优化。其次，当需要参数优化时，通过数据驱动技术使实际系统输出指标跟踪参考模型输出指标，最小化目标函数，得到优化的控制参数。最后，对脱硫浆液pH值控制系统进行MATLAB仿真分析，仿真结果表明，该算法可以实现脱硫浆液pH值的稳定控制，并且可以有效地抑制随机扰动，提高系统的控制性能指标。

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桥式吊车系统MFAC-NLPID控制方法

邹修健, 邵雪卷, 陈志梅, 赵彬宏

控制工程. 2025, 32(8): 1373-1380.

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针对桥式吊车系统的定位防摆控制问题，提出了基于数据驱动的无模型自适应控制与带有双跟踪微分器(tracking-differenttiator, TD)的非线性PID控制并联的控制方法。在仅考虑系统位移输出和控制输入的前提下，给出桥式吊车系统的动态线性化数据模型，并基于该模型设计无模型自适应控制(model-free adaptive control, MFAC)器；考虑到无模型自适应控制方法对系统干扰数据较为敏感，且对数据精度要求较高，将双TD的非线性PID控制与无模型自适应控制并联，并对系统稳定性和误差收敛性进行了证明。仿真结果表明，采用这种复合控制方法，不仅实现了小车的精确定位和对负载摆角的抑制，而且降低了干扰对系统的影响，提高了系统的鲁棒性。

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基于前馈解耦的重介密度分程预测控制

王靖, 宋玉莹

控制工程. 2025, 32(8): 1381-1386.

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本文针对重介选煤过程中悬浮液密度的多变量预测控制算法在线计算量大的问题，提出一种基于前馈解耦的分程控制策略。基于分程控制的思想，通过比较重介悬浮液的密度与设定值的大小，以保留对被控变量影响较大的操纵变量，从而减少预测模型中操纵变量的数目。对于影响较小的操纵变量，可将其视为可测扰动并引入前馈补偿机制，进而将原预测控制算法中的多变量控制模型解耦为多个单变量控制模型的组合，并基于多个单变量控制模型设计分散滚动优化的策略。经过MATLAB的仿真实验，证明了该算法能够有效降低在线优化的运算量，进而缩短计算时间，以满足工业现场快速响应的要求。

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基于WPD-ISSA-CA-CNN模型的电厂碳排放预测

池小波, 续泽晋, 贾新春, 张伟杰

控制工程. 2025, 32(8): 1387-1394.

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碳排放的准确预测有利于制定合理的碳减排策略。目前，针对电厂碳排放的研究较少，且传统预测模型训练时间过长。基于此，提出一种分量增广输入的WPD-ISSA-CA- CNN碳排放量预测模型，该模型创新性地构建“分解-增广融合预测”策略。首先，利用小波包分解(wavelet packet decomposition, WPD)算法将信号按频率特性分解为子序列，再将全部分量增广(component augmentation, CA)作为模型输入，以减少模型的训练时间。其次，考虑到该模型超参数选择困难，利用多策略融合的改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm, ISSA)对卷积神经网络(convolutional neural networks, CNNs)的超参数进行寻优。以山西某发电厂2×25 MW锅炉的历史数据为样本，利用5种评价指标将所提模型与BP、LSTM、CNN及其混合模型进行对比。结果表明，所提混合模型在预测火力发电碳排放中各指标均有最佳的准确度且模型训练速度明显提升。

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基于离线强化学习的四旋翼飞行器姿态控制

郝禹哲, 王振雷, 王昕, 刘天波

控制工程. 2025, 32(8): 1395-1404.

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针对四旋翼飞行器的姿态控制与目标导航问题，提出了一种基于离线强化学习的控制和目标导航算法。首先，对TD3BC(twin delayed deep deterministic behavioral cloning)算法进行改进，以变分自编码器抽样动作的Q值作为基准，只将数据集中具有较高Q值的动作作为约束添加到策略网络的损失函数中，降低了行为克隆项的约束强度，避免了低质量数据训练导致最优动作偏移。然后，基于Mujoco仿真平台构建了四旋翼飞行器的仿真环境，实现离线条件下Q网络与策略网络的训练，并对比了3种强化学习算法在姿态控制和目标导航任务下的效果。仿真结果表明，所提出的算法不仅能够有效地控制飞行器的姿态，还能用较短的飞行轨迹达到导航目标，具有较好的故障容错能力。

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基于大模型的机器人研制场景知识图谱构建方法

朱晓俊, 黄慧欣, 汪鹏, 潘燕

控制工程. 2025, 32(8): 1405-1416.

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针对机器人研制场景中多源异构知识应用的难题，提出一种基于大模型的知识图谱构建方法，通过长文本处理算法，提升复杂长文本知识抽取的完整度和准确度；通过一种综合相似度的知识融合方法，使得文本结构关联信息得以充分利用；同时，将知识图谱技术应用于机器人研制领域，实现多模态知识的有效融合，显著提升知识图谱质量，使知识图谱具备泛化的机器人的专业知识理解和推理能力。首先介绍了理论基础，阐述相关研究的技术背景；接下来，介绍针对机器人研发领域知识图谱的整体构建过程，重点对基于大模型的知识抽取、基于相似度的知识融合关键技术进行解析；最后，通过实验验证了该系统进行知识抽取的准确性、知识快速多跳查询的有效性和知识推理的正确性与可读性。本研究能为基于大模型的知识图谱构建提供路径参考。

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基于IDRSN-MADA轴承变工况故障诊断模型

陈文壮, 刘昕明, 毛爱坤, 宋绍楼

控制工程. 2025, 32(8): 1417-1424.

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针对轴承在运行中存在噪声干扰和工况不断变化而导致的诊断效率不高的问题，提出一种基于改进深度残差收缩网络与多对抗域自适应结合的轴承故障双流诊断模型。将可变软阀值函数嵌入到残差块中，采用子网络自适应设定阀值，建立改进残差收缩网络，作为诊断模型的主干结构；将主干网络引入DropBlock层，降低冗余，并减少神经元之间复杂的共适应关系，增强卷积层各特征之间的正交性；使用多核最大均值差异衡量域和类间的分布并建立动态调整因子，结合多域鉴别器，调整边缘分布和条件分布2种分布的重要性；最后，在两类轴承数据集上进行噪声环境下的迁移实验，结果表明，所提出的诊断模型较传统方法在诊断性能上有明显的提升。

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新型智能化信息处理技术及其运用浅析

王良刚, 郑博元

控制工程. 2025, 32(8): 1425-1433.

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当前数据信息呈现井喷式增长，智能化信息处理技术以场景和数据为驱动，凭借其高效的数据信息处理能力，实现了面向多领域的成功应用。以信息安全为研究背景，按照数据模态类型进行划分，对当前研究的热点方向和主要成果进行梳理与总结。然后，分析了智能化信息处理技术在网络与社会安全领域中发挥的重要作用与深远影响，为未来开展该技术在信息安全领域中的深化研究和推广应用提供了重要参考。

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具有扰动的二阶多智能体系统固定时间一致性控制

梅宏, 马小陆, 谭毅波, 张睿, 龚京民

控制工程. 2025, 32(8): 1434-1443.

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针对具有外部扰动的二阶多智能体系统在无向拓扑图下的一致性控制问题，提出了一种基于滑模技术的分布式固定时间控制协议。首先，设计了一种二阶分布式固定时间观测器，用以实现每个跟随者在固定时间内对领导者状态信息的精确估计；然后，为有效提高系统的收敛速度，利用系统状态误差设计了一种新型的分布式固定时间滑模面，并提出了一种分布式固定时间一致性控制协议，保证系统状态跟踪误差在固定时间内到达零点；同时，利用李雅普诺夫理论证明了闭环系统的稳定性，并且在系统初始状态未知的情况下，能够根据系统参数明确地获取稳定时间上界的估计值；最后，通过数值仿真验证了理论分析结果的正确性和有效性。

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基于自适应滤波融合算法的无人船航迹估计

姜云超, 赵顺毅, 栾小丽, 刘飞

控制工程. 2025, 32(8): 1444-1450.

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为提高无人船上导航在使用过程中定位的准确性与稳定性，应用了一种航迹融合滤波算法，并在该算法中引入了自适应滤波因子和渐消因子，来提高估计精确度以及克服滤波算法对噪声统计特性的依赖。该方法在滤波过程中动态估计噪声统计特性并进行发散性判断与抑制。在建立的无人船随机运动状态模型上进行仿真实验，结果表明与标准卡尔曼滤波算法及传统航迹融合滤波算法相比，该算法在精确度、稳定性上均有所提高，在统计噪声未知情况下仍具有较好的航迹估计性能。

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基于卡尔曼滤波器的预测滑模控制器设计

刘正洋, 周丽, 李硕, 张瑞

控制工程. 2025, 32(8): 1451-1458.

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为提高系统在模型失配和白噪声干扰下的控制性能，在预测滑模控制方法基础上，针对其在模型失配、随机干扰以及控制输入饱和下控制效果不佳的问题，提出一种基于卡尔曼滤波器的预测滑模控制方法。该方法通过将模型失配等效为干扰，将失配信息以参数协方差矩阵的形式表示出来，并同外部白噪声干扰一起视为系统的过程噪声，将传感器测量误差等效为系统的测量噪声，利用卡尔曼滤波器估计新的状态变量，并运用于预测滑模控制器设计中。最后以倒立摆为例进行仿真研究，结果验证了该方法的有效性。

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协作机器人低速动力学参数辨识与外力矩估计

杨洪钞, 谢冲, 邓亨, 秦郎, 昝坤

控制工程. 2025, 32(8): 1458-1464.

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协作机器人外力矩估计是人机协作的关键问题之一，因此提出一种基于低速动力学模型的外力矩估计方案。首先，大多数协作机器人是在缓慢匀速的情况下运行的，针对完整动力学模型参数辨识复杂的问题，对动力学模型进行简化；然后，分析协作机器人的关节摩擦力矩和重力矩，采用最小二乘的方法对机器人进行摩擦辨识和重力辨识，使用经验摩擦模型对机器人关节摩擦特性进行拟合；最后，在Xarm6机器人实验平台上设计关节运动轨迹来验证摩擦及重力辨识的准确性。实验结果表明，使用经验模型对机器人关节摩擦特性进行拟合的效果较为理想，提出的方案能够快速辨识出动力学模型参数，并能够有效地对协作机器人外力矩做出估计，这对人机协作过程中的高效配合以及安全问题具有一定的参考意义。

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挖掘机器人预设时间实用自适应跟踪控制

周家峰, 华长春, 张波, 储海军

控制工程. 2025, 32(8): 1465-1471.

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针对挖掘机器人动力学系统，提出了一种预设时间实用自适应跟踪控制算法。首先，提出的时变约束函数和复合映射函数使得挖掘机器人关节角度的跟踪误差可以在预设时间内达到设定精度，并且消除了关节角度对初始误差要求的限制，提高了算法在实际工程中的适用性与灵活性。其次，通过自适应方法解决了铲斗尖端在工作时受到外部干扰的问题。最后，通过李雅普诺夫方法证明了挖掘机器人系统的稳定性，并且通过仿真验证了所提控制方法的有效性。

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基于干扰估计的机械腿自适应反步滑模控制

孙小钰, 周坤, 熊江枫, 王斌锐

控制工程. 2025, 32(8): 1472-1479.

摘要 ( )

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针对双关节机械腿的轨迹跟踪问题，提出了一种基于动态模型简化的自适应反步滑模控制方案，该方案充分考虑了未知的外部干扰和建模误差。首先，建立了双关节机械腿的动力学模型，将其划分为2个相互关联的子系统。然后，针对关节间的相互作用、外部干扰和建模误差，设计了一种分散的自适应控制方案，将所有子系统的控制器作为一个整体的控制策略，可抑制子系统间的相互影响。所提方案可精确补偿不确定性的未知影响，而不是将大多数不确定性直接视为干扰。最后，为了验证所设计的控制器对时变非线性系统的有效性，基于一种气动肌肉驱动的双关节机械腿平台，在MATLAB/ Simulink中进行仿真和实物验证，结果表明所提控制方案是有效的。

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基于ANN和CCA的鲁棒过程监测

张文哲, 纪洪泉, 王友清

控制工程. 2025, 32(8): 1480-1489.

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基于多元统计分析的过程监测需要大量的历史数据来进行离线建模，数据中存在的异常值会影响建模的准确性，从而降低过程监测的性能，甚至产生误报和漏报。针对数据中含有异常值的问题，提出一种基于人工神经网络(artificial neural network, ANN)和典型相关分析(canonical correlation analysis, CCA)的鲁棒过程监测方法。该方法分为离线训练和在线监测2个阶段。离线训练阶段：根据异常值服从亚高斯分布的原理，将扩展后的峭度函数作为ANN的损失函数进行训练，消除异常值的影响。在线监测阶段：首先根据异常值和故障连续发生的概率不同来剔除异常值，然后利用CCA进行过程监测。为了验证所提方法的有效性，使用数值算例和连续搅拌釜式反应器的仿真案例进行仿真验证。结果表明，所提方法可以有效消除异常值的影响，提高故障检测率，并降低误报率。

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永磁同步电机定子温升监测的孪生模型

冯志强, 郭黎, 廖宇, 李润泽

控制工程. 2025, 32(8): 1490-1498.

摘要 ( )

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针对传统电机温度测量传感器放置不便的问题。以Prius电机为例，通过电磁-稳态热-应力形变联合有限元仿真，建立了以电机转速为输入、电机最大温度为输出的孪生模型。首先，通过电磁仿真计算出电机的总损耗约为1 408.45 W；随后，将损耗导入温度场计算温度分布，最高温度位于绕组为74.855 ℃，最低温度位于定子外侧为69.406 ℃，处于正常工作范围；通过改变电机外侧的对流系数，分析了电机的冷却性能；再将稳态热的结果导入结构分析中，计算出最大形变量为0.062 924 mm，满足电机温升对形变量的要求；最后，绘制了电机绕组的热回路，通过对比有限元仿真的结果可知，温度的最大误差为7.001 ℃，验证了有限元方法的相对准确性。

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基于自适应强化学习的智能机器人容错控制

易熙琼, 谢亚兰, 舒雨锋

控制工程. 2025, 32(8): 1499-1507.

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智能水下机器人易出现故障，影响水下作业，进而提出一种基于自适应强化学习的容错控制方法。该方法引入Actor-Critic算法，通过Actor网络学习制定行动策略，而Critic网络则评估行动的价值，根据外部环境变化自适应地调整策略。同时，设计了基于积分机制的改进扩张状态观测器，并采用抗积分饱和算法避免积分饱和。仿真结果显示，当智能水下机器人推进器发生故障时，研究所提容错控制器在x轴、y轴方向上的误差值均15 s后逐渐趋近于0，证明了所设计的容错控制器具有优异的容错性能及稳定性，可为水下智能机器人的安全运行提供有效的技术支持。

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计及道路信息与驾驶风格的电车工况构建

高翾宇, 高锋阳

控制工程. 2025, 32(8): 1508-1516.

摘要 ( )

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为准确反映储能式有轨电车的瞬时行驶特征，提出一种计及道路信息与驾驶风格的多维状态空间工况构建方法。首先，以国内某现代有轨电车线路数据组成样本数据库，采用主成分分析进行降维，并利用得分矩阵进行聚类分析划分行驶特征；其次，考虑列车运行速度、道路坡度以及平均冲击度将传统一维马尔可夫链扩展到多维状态空间中，构建三维状态转移概率矩阵，并与蒙特卡洛相结合生成随机数，以确定下一时刻的状态，进而获取实时工况；最后，对计及不同因素下构建的工况进行对比分析。结果表明，多维状态空间构建的各特征参数相对样本平均值偏差和运行速度瞬态误差最低；速度和需求功率历程对运行场景的时空相关性和鲁棒性最强；列车续驶里程相较于传统一维和改进二维方法分别提升了93.5%和23.9%；验证了扩展马尔可夫状态空间维度对有轨电车实际工况构建的有效性和优越性。

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有限信息条件下多无人机协同搜索及试验验证

陈啸林, 孔金涛, 彭秀辉

控制工程. 2025, 32(8): 1517-1523.

摘要 ( )

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针对具有部分先验信息的区域目标搜索问题，提出了一种基于概率驱动的多无人机协同区域目标搜索方法。首先，形成针对任务区域先验信息的数学描述，进而根据数学描述构建概率地图模型，并利用维诺图对概率地图进行分割，在此基础上建立分配指标矩阵，通过Kuhn-Munkres算法求解每一架无人机的飞行方向向量；进一步，完成数值仿真实验，结果验证了所设计的协调搜索策略能够有效地提高区域目标的搜索效率；最后，借助三架四旋翼无人机完成实物试飞试验，结果表明了所提协同搜索方法在工程应用方面的可行性。

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主客观赋权专家推理的滚磨光整加工工艺要素决策

张浩, 田建艳, 王良晨, 史玉皓, 孙家飞, 杨胜强

控制工程. 2025, 32(8): 1524-1536.

摘要 ( )

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滚磨光整加工是先进制造技术中提高零件表面质量和改善使用性能的表面完整性加工工艺，滚抛磨块、光整设备和磨液是影响滚磨光整加工效果和效率的核心工艺要素。目前，采用专家推理方法可以实现滚抛磨块决策，但应用于光整设备和磨液决策时其准确率不理想，并且当新问题特征信息不完整时无法对工艺要素进行决策。因此，提出了基于主客观赋权专家推理(subjective and objective empowerment expert reasoning, SOE-ER)的滚磨光整加工工艺要素决策模型。首先详细阐述了分级分类规则构建过程，然后介绍了专家推理中的主客观赋权，最后搭建了基于SOE-ER模型的滚磨光整加工工艺要素决策系统，并进行了实验研究。结果表明SOE-ER模型对3种核心工艺要素均具有较高的决策准确率，可以为新问题的工艺要素决策提供合理有效的指导。

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2025年, 第32卷, 第8期　
刊出日期：2025-08-20

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