控制工程

陈伟宏，李仁发

2014, 21(2): 149.

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针对无法在真实环境中进行无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)实验的情况，采用仿真技术研究无线传感器网络成为一种有效手段。本文在分析无线传感器网络结构的基础上，综述了无线传感器网络仿真技术。首先归纳出目前常用的WSN仿真技术：典型的WSN模拟器、模拟器功能扩展、设计的WSN仿真平台和集成的WSN仿真框架，然后从设计思路和性能等方面对其进行对比分析，最后指出：考虑传感器节点对外部应用环境需求的集成多仿真工具方案将成为新一代无线传感器网络仿真技术的发展方向。

基于级联标准型的Acrobot反步控制

张晓华，罗林英

2014, 21(2): 156.

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Acrobot是一种典型的二自由度欠驱动机械系统，针对Acrobot系统镇定控制中需要分别设计起摆控制器和平衡控制器，控制器设计复杂这一问题，提出一种新型的镇定控制策略，该控制策略仅仅需要设计一个控制器就可以使Acrobot由竖直向下的稳定平衡点起摆并稳定于竖直向上的不稳定平衡点。首先，采用欧拉-拉格朗日方程为系统建立动力学模型；然后，结合部分反馈线性化，提出一种闭环全局坐标变换方案，将Acrobot系统动力学模型转换为严格反馈级联标准型；最后，采用反步法将系统分为若干个子系统，分别为每个子系统构造Lyapunov函数，并设计虚拟控制输入，最终实现系统的镇定控制。仿真结果表明，所提出的控制策略简单有效，可以应用于与Acrobot系统类似的二自由度欠驱动系统中，具有较高的理论和应用价值

一种自动泊车的仿人智能控制方法

涂亚庆陈浩杨辉跃

2014, 21(2): 161.

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为简化平行泊车，通过总结模拟熟练驾驶员的泊车经验，提出一种自动泊车的仿人智能控制方法。该方法以后轮驱动、前轮转向的四轮汽车为对象，建立车辆运动学模型；通过分析熟练驾驶员泊车流程，将泊车过程分为四个阶段；在相切圆弧加公切线的规划路径上，选取泊车阶段转换时车辆姿态调整的关键点作为跟踪目标；根据泊车过程车辆的位姿信息，提取12种泊车的特征状态，作为描述车辆泊车动态行为的特征模型；根据熟练驾驶员的泊车策略，构建控制模态集。泊车开始后，依据特征模型先验知识和当前车辆位姿与泊车目标的偏差，对当前车辆特征状态进行模式识别，由辨识出的特征状态驱动相应控制模态，控制汽车按规划路径泊车入位。建立了车辆运动学和仿人智能控制器Simulink模型，并进行了仿真实验。仿真结果表明，该方法能有效控制车辆泊入车位。

基于LabVIEW的微流量控制系统的研究

陈爱武1 刘志壮1 郭丙琴2

2014, 21(2): 168.

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针对目前计量泵存在的精度不高、价格昂贵、不能二次开发和变量喷雾过程中药液微小流量的控制等问题，提出了一种基于LabVIEW的电控喷油器微型变流量控制系统的设计方案，该方案采用小型电控喷油器和数据采集卡等设备，建立电控喷油器数学模型，分析电控喷油器流量最佳控制状态，采用实测数据拟合流量和电压间的函数关系。实验结果证明该系统具有成本低、运行简单、稳定可靠和方便在线控制等优势，解决了农业变量喷雾过程中微小流量的控制精度问题，可广泛应用到农业变量喷雾技术中。

基于神经网络的非线性多模型自适应控制

姚健1,2, 纪志成1,2,黄言平3

2014, 21(2): 172.

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论文针对一类非线性离散动态系统，设计了一个自适应控制方案。为了保证在任意时刻均能为被控的动态系统选择最好的控制器，方案基于输入输出数据为系统定义一个线性预测模型并在此基础上设计能够保证闭环系统所有信号有界的线性鲁棒自适应控制器，同时定义一个非线性预测模型，再基于径向基神经网络设计一个旨在提高系统控制性能的非线性自适应控制器。通过比较两个控制器预测的系统输出性能，设计合理的开关切换规则。控制方案能够将系统稳定性控制和性能优化的控制分离并单独实现，使得系统能够在保证稳定性前提下，借助神经网络控制器良好的追踪能力有效提高自适应控制效果。最后通过仿真例子说明了系统稳定和提高输出追踪效果可以同时得到保证。

基于刚性图的多智能体编队控制研究

方斌，陈特放

2014, 21(2): 178.

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对多智能体编队执行结点扩展、集结、分离等操作后，保持编队队形稳定的问题进行了研究。利用代数图论为研究工具介绍了刚性图和最小刚性图的概念，基于刚性图理论对多智能体编队操作进行形式化描述和数学建模，重点研究了结点增减、编队集结、分离等操作下编队刚性保持的条件，并给出保持编队刚性的理论证明。采用编队控制的形式化建模方法，可对进一步深入编队队形控制算法以及控制器的设计等问题提供编队操作的形式化表达，具有一定的借鉴意义。

基于多种群遗传算法的电动变桨系统的变论域模糊控制

董海鹰1，魏占宏1，赵香桂1，李晓青1，曹立新2

2014, 21(2): 182.

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针对电动变桨系统的时变性、非线性、大惯性及风速不确定性等特点，提出一种基于多种群遗传优化算法的电动变桨系统的变论域模糊控制方法。在该方法中，通过分析确定变论域伸缩因子的结构，利用多种群遗传算法优化其参数，实现伸缩因子参数的智能寻优，有效解决了模糊控制器精度不高、模糊控制中规则数量与控制精度之间的矛盾。在遗传算法迭代中，染色体采用实数编码、多种群、多目标并行搜索，利用最优个体最少保持代数作为算法终止判断。将设计的优化变论域模糊控制器应用于电动变桨系统的速度控制中，根据速度环的性能指标建立合适的目标函数，通过对基本论域自适应调整，实现了速度环的自适应控制。仿真结果表明，基于多种群遗传优化算法的变论域模糊控制在动态性能和稳态性能上优于变论域模糊控制。

无失效数据情形船舶E-Bayes可靠性分析

沈继红1，王晓莺1, 2

2014, 21(2): 189.

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为了解决造价昂贵以及高可靠性产品的可靠性评估问题，本文基于船舶无失效数据情形，提出了船舶寿命的可靠性评估方法。根据E-Bayes(Expected-Bayesian)理论，设船舶寿命服从指数分布，在失效率的先验分布为Gamma分布，且两个超参数选择三种不同的先验分布情况下，给出船舶失效率和可靠度的三种E-Bayes估计模型；对比分析三种模型，给出E-Bayes估计的渐进性质。结合集装箱5600船舶（标箱）寿命无失效数据进行计算，结果表明本文提出的船舶可靠性的E-Bayes估计模型可行、便于工程应用，其中第二种模型当两个超参数同时选取均匀分布时，估计结果更稳健更保守。

一种新的直接转矩控制转矩脉动抑制方法

黄守道，伍倩倩，黄庆，李孟秋，邓超

2014, 21(2): 193.

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针对永磁同步电机（permanent magnet synchronous, PMSM）直接转矩控制(direct torque control，DTC)系统中存在定子磁链和电磁转矩脉动较大的缺点，本文提出了一种改进的抑制转矩脉动、减小谐波电流的方法。将模糊控制与PID控制器相结合，取代传统的PI控制，并在直接转矩控制基础上加入谐波电流注入补偿环节，将空间矢量控制与直接转矩控制相结合，有效补偿三相电流谐波，针对谐波电流提取困难，提出了一种新的谐波电流提取方法。在此基础上重新建立了永磁同步电机新的SVM-DTC控制框图。通过仿真软件MATLAB对永磁同步电机传统直接转矩控制和改进后的直接转矩控制系统进行了仿真研究，并利用实验平台进行了实验验证，仿真和实验结果表明，改进后的系统有效抑制了磁链和转矩的脉动、
减小了谐波电流，且能满足控制系统快速响应的要求，具有良好的动静态性能。

基于多级网络的煤气压力同步变频监控设计

田海张俊伟赵海军张得涛

2014, 21(2): 199.

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针对某炼钢厂转炉煤气加压站系统出口压力不稳定，无法满足下游用户生产的实际问题，本文提出了一种基于多级网络控制的同步变频监控系统设计方法并对原系统进行升级改造。文中详细介绍了运用Modbus、PROFIBUS和工业以太网总线实现转炉煤气加压监控的总体设计方案、网络结构、系统组成和实现方法。针对系统中设备通讯接口，通过不同的通讯协议将系统中的各个参变量集成到主控机PLC中，用监控计算机实现对整个系统的监控。通过多级网络完成现场设备与远程监控设备的通讯，使转炉煤气加压系统的自动化水平得到一定提高。

基于Simulink的气控液压背压阀仿真与设计

孟武胜，何潇，李艳，司诺，惠楠

2014, 21(2): 204.

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本文在Simulink中建立了气控液压背压阀的仿真模型并对其进行设计，目的在于实现根据气路压力控制液压回路背压的功能，使其能够连结气动与液压控制，在航空航天、能源、动力等领域具有相当的应用空间和价值。在设计过程中采用的方法是对背压进行双闭环控制，其中外环利用PID控制调节液压回路背压，内环通过控制无刷直流电动机来调节针阀阀芯位移，并且利用Simulink仿真确定不同给定量对应的PID控制器参数。单片机作为背压阀控制系统的核心，依据各个传感器采集的信号选择PID控制器参数，进而调节电动机转速，实现背压的精确控制。通过测试可以得出结论，该背压阀达到了设计目标，解决了非线性系统的PID控制问题，在气压不同时能够稳定、准确、快速地调节液压回路背压。

大载荷液压加载系统控制器设计与仿真

刘晓琳1，袁昆2

2014, 21(2): 210.

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本文以大载荷液压加载系统(HLSLS)为研究对象，目的在于寻求一种控制方法能够尽可能真实地模拟HLSLS在实际工作过程中所受到的力载荷。根据HLSLS的被动式力伺服控制结构及其工作原理，建立了执行机构的数学模型。设计了结合缓冲弹簧、舵机位移和速度前馈、输出力矩变化速度反馈的复合控制器结构，提高了系统的稳定性、加载精度和动态性能。提出了基于遗传算法的系统参数整定方法，克服了系统参数时变及非线性因素的影响。利用Matlab仿真环境和系统试验装置分别进行了系统动态特性实验。计算机仿真和实物测试结果表明：该控制器使HLSLS对于模拟飞行器舵机及其伺服系统所受到的惯性负载、摩擦负载和弹性负载具有很好的力矩动态跟踪能力，完全能够达到系统控制性能指标的要求，具有较高的工程实践价值。

基于双下位机的疲劳试验机控制系统设计

游红

2014, 21(2): 215.

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为了有效解决目前国内液压疲劳试验机由于长时间实验造成容易死机和数据丢失，以及进口动态疲劳试验机价格昂贵且操作不便等问题。本文提出了基于Labview软件平台开发上位机，以及EDC220控制伺服阀和S7-300 PLC控制工艺流程的双下位机的液压疲劳试验机测控方案。Labview上位机通过以太网与双下位机进行高速通讯，进行控制数据和采集数据的交换；整个控制系统通过长时间的运行测试，系统稳定高效可靠运行，没有死机和数据丢失的现象发生，有效的解决了前述提出的问题，达到了较为满意的效果。

风力发电系统独立变桨距载荷优化控制研究

潘庭龙1，马忠鑫1，卢恩超2，孙承奇1

2014, 21(2): 219.

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本文对风力发电系统独立变桨距控制原理进行了阐述。建立了风力发电机组桨叶载荷的数学模型，利用Coleman坐标变换实现了将桨叶上的载荷转换成轮毂处倾斜方向和偏航方向的疲劳载荷，并且实现了二者的解耦，简化了控制器的设计，之后利用Coleman逆变换实现了桨距角的微调。该控制系统根据随机风速的变化，利用独立变桨控制对风力机桨叶桨距角进行实时调节,以达到减小风电机组关键部件载荷的目的。仿真结果表明，当风速达到额定值以上时，该控制策略在统一变桨距控制的基础上,不仅保证输出功率近似相等，而且减小了桨叶所承受的疲劳载荷，实现了对风力机组其他关键部件疲劳载荷的减小。

三相PWM整流器基于电容能量的电压控制策略

钟炎平1，张勋2，陈耀军1

2014, 21(2): 223.

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三相电压型PWM整流器广泛采用在同步坐标系的双闭环控制，即内环控制输入电流，外环控制输出电压。在这种控制方式中，电压外环通常采用线性PI控制。由于整流器输出电压与有功电流之间是非线性关系，线性PI控制不能反映整流器的非线性本质，使系统的控制性能受到限制。本文通过对整流器电压方程进行深入的分析，提出了以一种以电容能量作为变量的新型电压控制策略，使得电压的控制实现了线性化，提高了输出电压的动态响应性能。仿真结果验证了提出方法的有效性，具有一定的实际应用价值。

车辆主动安全性的底盘子系统集成控制研究

孙涛，朱红全，徐桂红

2014, 21(2): 226.

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为简化车辆控制系统结构及提高车辆行驶的主动安全性，采用底盘子系统分层协调结构对车辆纵向、侧向及垂向运动进行了集成控制。该集成控制采用主环路-伺服环路-子系统执行层的控制结构，在主环路上，考虑建模不确定性、扰动以及运动状态参数耦合，通过滑模控制跟踪车辆参考模型，获得车辆稳定行驶所需的期望广义力；在伺服环路上，考虑轮胎力非线性及其耦合关系，利用二次规划算法将广义力优化分配到子系统。特别是在集成控制中加入侧倾力矩分布控制，有效调控垂向载荷的内外侧转移，抑制车身的侧倾，对车辆主动安全性的改善起到一定的作用。仿真结果表明，底盘混合式分层协调控制提升了子系统工作潜力，可以有效跟踪期望运动轨迹，抑制了侧滑，提高了车辆的主动安全性。

基于PSO-LSSVM的城市时用水量预测

仇军,王景成

2014, 21(2): 232.

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解决传统最小二乘支持向量机（LSSVM）采用交叉验证确定参数耗时较长和粒子群优化（PSO）算法早熟收敛的问题，提出一种基于种群活性PSO算法优化LSSVM参数的方法。利用群活性加速度作为多样性测度，当群活性加速下降时，对粒子的位置和速度分别执行进化和变异操作来改进标准PSO算法，然后分析上海市时用水量序列特点及其影响因素，选取影响程度较大的主要因素，将其作为预测模型的输入变量，建立时用水量预测模型，最后采用改进的PSO算法优化LSSVM参数来预测上海市时用水量。实例分析表明，对比文中其它三种模型输入变量组合，本文选取的预测模型输入变量能够更有效地提高预测精度，与传统LSSVM方法相比，本文提出的基于改进PSO-LSSVM的时用水量预测方法计算速度更快，预测精度更高。

回转体内腔测量的虚拟防碰撞算法

裘祖荣李鹏伟

2014, 21(2): 237.

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由于工件的遮挡，无法直接观察回转体测量机内表面测量系统的运行情况。为防止非接触测头与工件在测量过程中发生碰撞，利用OpenGL建立了回转体测量机的虚拟三维运动仿真模型进行实时监测。同时，提出了虚拟环境下一种基于点面最短有效距离的防碰撞算法，通过软件监控关键点与待测物体表面的距离作为真实系统的防碰撞检测依据，并且将其应用于虚拟回转体测量系统中，作为防止测头与回转体工件碰撞的重要手段。实验证明测试点与工件内表面最小距离控制在误差允许的范围内，而且系统运行时能够在测头与工件碰撞产生前及时发出警报，停止当前的测量机运行，可以有效避免测头与工件之间的碰撞。该算法具有判断简单、响应快速的特点，对于非接触测量中测头的安全防护，具有实际的工作意义。

无人艇航迹跟踪GPC-PID串级控制

彭艳，吴伟清，刘梅，国文青，李恒宇，谢少荣

2014, 21(2): 245.

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水面无人艇系统存在有大惯性、长时滞、非线性、难以建立精确模型等问题，易受海浪等外界干扰的影响，采用传统的PID控制难以达到良好的航迹跟踪控制效果。为了实现更好的控制效果，基于广义预测理论，将其与PID控制相结合，设计了GPC-PID串级控制器，分别控制无人艇的转艏运动和操舵运动，并采用分离式控制方案，通过航向控制间接实现无人艇的航迹跟踪控制。从matlab仿真实验结果可以看出，GPC-PID控制器具有良好的航向控制与航迹跟踪控制效果，具有响应速度快，控制精度高，鲁棒性好，抗干扰能力强等优点。

基于粒子群模糊的除冰机器人越障规划

王耀南，陈彦杰，缪志强

2014, 21(2): 298.

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由于除冰机器人多在天气恶劣，覆冰较厚的输电线路上工作，现有的基于视觉伺服越障策略存在图像质量差，冰、线区分难等不足。因此，根据模糊逻辑和粒子群优化原理，提出了一种除冰机器人在线越障和路径规划方法。该方法通过模糊规划器实现除冰机器人机械臂的无障跟踪和平稳越障，在此基础上，以机械臂末端经过路径长度和与目标点距离的综合最小为目标，利用粒子群算法对模糊规划器输出角度进行在线优化。仿真结果表明：与传统的模糊越障规划相比，该方法不仅满足除冰机器人实时规划和自主越障的要求，同时，缩短了机械臂经过轨迹的长度，提高了除冰机器人的工作效率和续
航能力，为实际工程应用中除冰机器人的能源短缺问题，提供了一种节约使用方案，具有一定的工程应用价值。

制浆氯漂过程运行优化控制系统

张翔宇1，李继庚1，周平2，张占波1，刘焕彬1，王宏1,2

2014, 21(2): 303.

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制浆漂白过程中，漂白药品的加入量应随着运行工况的变化而不断调整，以保证产品漂白质量(白度)并节约药品用量。针对漂白过程常规DCS过程控制的不足，提出了氯漂过程的运行优化控制方法，对漂白化学药品加入量进行优化控制。本文通过对专家知识和生产数据的分析，集成案例推理、模糊推理、专家系统等智能技术和统计过程控制(SPC)技术，建立了氯漂前卡伯值的在线计算模型和漂后白度的预测模型，并实现了漂白化学药品加入量的优化。基于所提方法，以WinCC为平台设计开发了氯漂过程运行优化控制系统。在某制浆厂氯漂过程工业试验表明所提方法和系统能够对氯气加入量进行及时有效地调整。对试验结果进行统计分析可以得到优化后每分钟可以节约0.4kg的氯气量，并且漂后白度和用药波动更小。

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