控制工程

张济龙, 段发阶, 牛广越

2019, 26(7): 1233-1238.

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叶尖间隙和叶片振动是影响涡轮机工作效率、安全和寿命的重要参数，叶尖定时是目前广泛应用的非接触式叶片振动测量方法。传统的光学等叶尖参数测量方法难以实现实际工况下的长时间测量,为满足航空发动机等恶劣工作条件下的叶尖间隙和叶尖定时测量要求，提出了一种基于微波传感器的叶尖参数测量系统，实现叶尖间隙和叶尖定时的同时测量，分析了系统组成和测量原理，设计了采用微带天线的24 GHz的微波传感器以及采用金属结构PIFA的微波传感器，传感器直径在8 mm以内。对制作的传感器和测量系统样机进行了实验测试，并与已有的光纤式叶尖定时测量系统进行对比，结果表明基于微波传感器的测量系统能够有效实现叶尖间隙和叶尖定时的动态测量，叶尖间隙测量精度为± 35μm。

基于稀疏故障演化判别分析的故障根源追溯

范海东, 王玥, 李清毅, 赵春晖

2019, 26(7): 1239-1244.

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火力发电过程规模庞大，过程变量众多。在故障发生时，部分变量将受故障扰动影响偏离正常运行状态，分析这些故障变量之间的故障传递关系并找到根源故障变量，这对于定位故障位置以及排除故障具有重大意义。因此采用稀疏演化判别分析方法（FDFDA）隔离火电过程中的故障变量，随后对隔离到的故障变量进行格兰杰因果分析，追溯故障根源。

基于重构贡献分析的多变量故障检测方法

张泽宇, 吕锋, 杜文霞, 翟坤, 黄战平

2019, 26(7): 1245-1249.

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针对复杂系统运行过程中，变量多、采集数据量大、数据变化多样的特点，提出一种基于重构贡献分析的多故障变量检测方法。该方法在建立PCA模型之后，通过改进后的重构方法，可以消除传统SPE贡献图方法对故障数据不敏感和诊断能力不足的缺点，并且在多变量同时发生故障时进行故障定位。通过对风力发电机系统的实验仿真表明，该方法在对多个变量同时发生故障时，无论是存在渐变的微小故障还是突变故障，均能实现准确的诊断。

基于EEMD-Hilbert和改进循环谱的轴承故障诊断方法

王小卉, 隋广洲, 弓满锋

2019, 26(7): 1250-1255.

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针对恶劣工况下，混合故障信号特征弱化的现象，提出了一种基于EEMD-Hilbert信号重构和改进的循环谱相结合的轴承故障诊断方法。首先，利用二阶循环平稳理论，构造了系统调制频率下的二维循环谱相关密度函数，利用相呼应的调解信息规避干扰信息带来的误判；其次，设计了EEMD-Hilbert算法，并将该方法用于循环平稳信号重构，消除了高斯噪声与有色噪声干扰；最后，设计了轴承故障诊断工况模拟实验，实验分析表明该方法有效强化了弱循环平稳信号的特征，避免了故障信息的漏判。

六旋翼飞行器模型参考滑模控制方法研究

李伟杰, 王思明, 梁旭东

2019, 26(7): 1256-1261.

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针对六旋翼飞行器的控制复杂性和强耦合性问题，提出一种基于模型参考和滑模相结合的姿态与轨迹控制策略。在建立六旋翼飞行器简化动力学和运动学模型的基础上，利用线性二次型调节方法，给出具有良好性能的参考模型，并依据伪逆理论和状态误差设计积分滑模面。随后，设计在干扰存在状态下的姿态控制器和轨迹跟踪控制器，并利用李雅普诺夫稳定性理论分析了闭环系统的稳定性。仿真结果表明，所设计的控制器性能优于一般的PID控制，具备一定的鲁棒性，能够较好的实现姿态和轨迹控制。

双车把两轮车机器人同步摆把平衡控制研究

黄用华, 王昌盛, 何淑通, 庄未, 张杰

2019, 26(7): 1262-1269.

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针对一种具有两个车把的双轮车机器人系统，提出在同步转动车把的情况下使其保持平衡的方法。采用査普雷金方程建立系统的欠驱动力学模型；根据部分反馈线性化原理将车轮转角线性化，并选择车轮转角为控制输入，设计出系统在原地摆把定车和曲线行进的平衡控制器；针对控制器参数漂移对系统的影响的问题，引入模糊算法对其进行在线整定以提高控制效果。对车把在±45°范围内转动时的原地和行进中平衡运动控制进行数值仿真研究。结果表明：车架俯仰角经快速调整可以由初始的倾角恢复到平衡位置，并且引入模糊算法参数整定的控制器具有更短的调整时间和较小的超调量。物理样机试验进一步验证了所提的控制器设计的有效性。

基于全钒液流电池光储一体化波动抑制策略

李鑫, 倪宵, 邱亚, 张红

2019, 26(7): 1270-1275.

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弃风弃光是可再生能源发展的核心问题，以光储联合发电系统来抑制波动是研究热点。以光储联合发电系统为研究对象，研究光伏出力与储能的相互配合。采用全钒液流电池平抑光伏波动，在一阶低通滤波和滑动平均原理的基础上，使联合系统输出功率保持平滑。建立全钒液流电池的数学模型，验证钒电池能够平抑不同时间尺度下的波动。在Matlab/Simulink上对5 kW/6 h全钒液流电池进行仿真，仿真结果表明，在不同的滤波时间常数下光储系统功率输出平滑且最大功率输出降低，并计算最大功率和最大能量需求，为配置光储联合发电系统各组件容量提供依据；在电池特性上，全钒液流电池能满足深度充放电次数的要求。

基于集结策略预测控制的逆变器控制方法

甘中学, 陈文博, 许裕栗, 李德伟

2019, 26(7): 1276-1283.

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逆变器作为当今电源系统设备的重要组成部分，其控制效果对设备稳定运行、电源质量等有重要影响。提出了一种基于集结策略的三相三线电压型逆变器的模型预测控制方法，该方法可以大大降低控制器计算复杂性，实现快速模型预测控制。控制策略中使用d-q旋转坐标系下构建的三相三线制电压型逆变器的累积增量模型，将问题转变为恒值控制系统，并达到消除稳态误差、提升控制精度的目的。仿真结果表明，所述的控制策略可以很好的消除稳态误差，控制器计算复杂度与PID控制相同，并具有良好的动态特性。

基于人工鱼群的五岔路口交通信号优化控制

汤旻安, 董海龙, 程海鹏

2019, 26(7): 1284-1290.

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交通信号控制系统在路网中起关键性的作用，其控制性能直接影响车辆通行安全和路口延误时间。针对五岔路口的传统控制不具备自调整能力，造成绿灯时间的浪费，提出了人工鱼群算法(AFSA)优化动态模糊神经网络(Dynamic-Fuzzy Neural Network ,D-FNN)的方法，实现五岔路口多相位变相序智能控制。以车辆平均延误的倒数作为AFSA的食物浓度，将需要修正的动态模糊神经网络的权值和阈值作为人工鱼的个体状态，通过迭代更新得到一组最优的动态模糊神经网络参数。在不同车辆到达率情况下进行仿真分析，结果表明：该方法比传统的控制方法在自动调节信号周期方面效果更好，车辆平均延误大约减少11 %。

主动配电网广义电源的优化调度策略研究

李颖, 赵峰, 吴梦娣, 魏立兵

2019, 26(7): 1291-1297.

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系统网损和节点电压偏差对主动配电网的运行安全有重要的影响。首先考虑广义电源输出功率对主动配电网的影响，将广义电源的有功功率输出作为控制变量，得到以主动配电网系统网损和节点电压偏差最小为目标函数的多目标优化模型；然后结合层次分析法和熵权法将多目标函数问题转化为单目标函数问题；接着利用混沌粒子群优化算法优化广义电源的有功功率输出量；最后分别采用改进的IEEE-33节点系统和实际主动配电系统作为算例验证了所研究模型、算法的可行性和优越性。

不确定条件下露天煤矿车辆优化调度的研究

周天沛, 杨丽娟, 孙伟

2019, 26(7): 1298.

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针对不确定条件下露天煤矿车辆优化调度的研究较少的现状，首先讨论了露天煤矿车辆调度的优化目标函数和约束条件，建立了随机期望值目标规划模型。在对该模型进行求解的过程中，针对粒子群优化算法容易陷于局部优化值的缺点，引入了混沌理论，提出一种自适应混沌粒子群优化算法。将该算法用于一露天煤矿的车辆调度中，与传统粒子群算法相比，该算法能够有效提高全局收敛性。

基于迭代学习的正弦信号幅相特性测量

正弦信号, 迭代学习, 幅相特性

2019, 26(7): 1304-1307.

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在实际工业应用中，许多测量问题实质上是对相应正弦信号幅相特性的测量。文章针对存在直流偏移及测量噪声，且频率存在变化的正弦信号，提出一种基于迭代学习思想的幅相特性测量方法。对各待测参数进行一步估计之后，以测量输出值与估计输出值之差平方对各参数导数作为其迭代学习律，通过对其进行适当加权，建立起参数估计算法。仿真结果表明，在测量误差方差为最大测量值十分之一水平下，各待测参数测量误差可达百分之一甚至更小，且随着噪声水平的下降，各参数估计精度迅速提高。该方法可实现正弦信号幅值、相位、频率以及直流偏移的高精度测量，在激光干涉仪电子细分、基于磁场信息的电机位移测量等方面有巨大应用前景。

基于GHS泛函神经网络散杂货港口生产力评估

饶逸飞, 陈东旭

2019, 26(7): 1308-1314.

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为提高散杂货港口生产力评估的有效性，提出一种基于高斯和声算法（GHS）优化功能链接模糊神经网络的散杂货港口生产力评估方法。首先，根据评价指标的可操作属性，对模型指标的覆盖全面性进行设计，并结合实际属性对数据采集处理过程进行分析，实现对散杂货港口生产力评估的指标选取；其次，利用泛函链接神经网络进行散杂货港口生产力评估模型的设计，并将其作为网络输出进行网络模型的模糊规则设计，实现了散杂货港口生产力评估模型的构建；最后，通过仿真实验，该模型的实际与期望输出之间的拟合程度非常接近，可实现95 %以上的样本数据的识别效率，可以满足真实散杂货港口散杂货生产力评估的精度要求。

CRH5型动车组异步牵引电机的鲁棒故障检测

牵引电机, 未知输入观测器, 负载扰动, 参数不确定, 鲁棒故障检测

2019, 26(7): 1315-1320.

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CRH5型动车组的广泛应用使得其可靠性要求越来越高，而异步牵引电机作为牵引系统的重要部分，对其进行实时监测尤为关键。首先，结合CRH5异步牵引电机的工作状态，提出一种未知输入观测器，该观测器对负载扰动具有鲁棒性，同时考虑到牵引电机的工作环境，灰尘和温度都会使得电机转子电阻阻值改变，导致电机系统矩阵具有参数不确定性，于是考虑到实际应用，设计的观测器必须只对故障敏感，对负载扰动和参数不确定项具有鲁棒性，从而减少漏报率和误报率；最后将设计的未知输入观测器应用于牵引电机的执行器故障检测，仿真结果证明了该方法的有效性。

基于Petri网的突发事件下车辆疏散路线优化

牟海波, 宋宇博

2019, 26(7): 1321-1327.

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在发生突发事件利用应急车辆进行疏散和救援时，需根据时间延误确定车辆的最佳疏散路线。应急车辆在路段的走行时间依赖于路段上的车流量，且出发时刻不同，到达交叉口时对应着不同的相位，从而产生不同的交叉口延误。建立了城市交通网络的广义时延Petri网模型，考虑交叉口信号灯延误的不确定性以及路段走行时间的时间依赖性，以Petri网参数为基础设计了标号算法以寻求应急车辆的最佳疏散路线。最后通过数值算例说明了方法的有效性，并对不同疏散开始时刻同一标识以及同一疏散开始时刻不同标识时得到的疏散路线进行了对比。结果表明该方法可以很好的反应疏散时刻和路段流量对疏散路线的影响。

基于混合策略的移动机器人避障算法探究

张倩倩, 余道洋, 李民强

2019, 26(7): 1328-1334.

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针对已有传统避障算法的各种缺陷，提出一种矢量场直方图法(Vector Field Histogram, VFH)结合神经网络(Neural Network)算法的新型混合实时避障策略。该策略利用矢量场直方图法实现基础避障，得到大量数据集。利用样本集训练神经网络可以得到一个神经网络预测器。从而实现同时具有预测和控制运动矢量的效果。为了验证该策略的有效性，针对不同障碍环境下进行仿真，并与单一避障效果进行了对比。仿真实验验证了这种实时避障策略的可行性和优越性。

改进EMD的多信号Prony电力系统低频振荡分析

王雨虹, 董瑞

2019, 26(7): 1335-1340.

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利用EMD方法对低信噪比的电力系统低频振荡信号进行去噪，会存在较大误差，影响低频振荡信号的辨识精度。为了解决这类问题，提出了一种改进的EMD去噪方法。通过对电力系统低频振荡信号进行EMD分解，得到个IMF模态分量，分别求取归一化自相关函数，判断出噪声主导模态和信号主导模态的分界点，之后对噪声主导模态进行去噪，将去噪后的各分量同信号主导模态重构得到电力系统低频振荡信号，最后对重构信号进行多信号Prony分析，提取电力系统低频振荡特征。利用改进的EMD方法、改进EMD的多信号Prony对理想信号和仿真系统进行实验，结果表明改进的EMD方法对低信噪比的低频振荡去噪效果更为突出，结合改进EMD多信号Prony算法提取电力系统低频振荡信号特征，具有速度快、分辨率高、拟合效果好的优点。

LTE-PON混合部署下的配电通信网数据接入点规划

常海娇, 李信, 邢宁哲, 李财云

2019, 26(7): 1341-1347.

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为提升配电通信数据接入节点(AP)的覆盖率，提出PON与无线LTE技术混合组网下的AP规划问题模型与有效求解算法。首先，按照AP重要性对其可靠性需求进行分析，确定其在混合配电网下的覆盖方式；其次，综合考虑可靠性与网络部署成本的约束条件，以AP覆盖率最大化为目标，提出PON-LTE混合部署下的AP规划问题模型；然后，针对该NP-hard问题设计了一种基于多种智能优化算法混合的求解方法；最后，对该规划方法所能实现的AP覆盖率以及规划效果进行了仿真分析，仿真结果表明所提出的方法能在LTE-PON混合组网下同单独部署LTE或者PON网络策略相比具有更好的AP覆盖率性能表现。

RBF-ARX模型在船舶航向保持系统建模中的应用

罗竹

2019, 26(7): 1348-1352.

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以海洋船舶为被控对象，针对系统的非线性特性，为克服船舶物理模型精确物理参数不易获得等问题，故用统计建模的方法，采用RBF-ARX模型对船舶的航向保持非线性控制过程进行建模。并比较了船舶RBF-ARX模型、ARX模型和物理模型的长期预测输出，验证了RBF-ARX模型在对船舶航向保持控制系统建模中的有效性和优越性。

基于分水岭边缘分割FSONN的脐橙病害检测

顾思思, 李文, 黄丽韶, 陈玮

2019, 26(7): 1353-1359.

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为进一步提高脐橙病害检测识别算法性能，提出一种基于分水岭分割边缘自组织神经网络（Fuzzy self organizing neural network, FSONN）的脐橙病害模糊检测方法。首先，基于分水岭分割算法实现脐橙病害边界的有效提取，以病害区的红、绿颜色分量对脐橙病害进行特征表达，并以分形维数对脐橙病害形状进行特征表达，然后将上述特征作为神经网络算法的输入，构建脐橙病害自动检测模型；其次，引入模糊自组织神经网络算法，实现基于自组织聚类方式的自动模型参数和结构辨识；最后，通过在MackeyGLass非线性序列中的逼近实验验证了所提算法性能优势，并将其应用于脐橙病害检测，实验结果表明，所提算法的4种脐橙病害检测正确率可达到90 %以上，满足实际应用需要。

相对阶数为 2 的机械非线性采样数据模型

徐明灿, 曾诚

2019, 26(7): 1360-1364.

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针对相对阶数为2的非线性多变量质量-弹簧-阻尼机械振动系统，导出了近似的采样模型和离散性质。采用比Euler模型更复杂的离散采样方式，分析了该近似采样模型的局部截断误差和全局截断误差。特别地，通过研究导出近似离散时间控制模型的采样零动态，给出了相应的渐近特性，还分析设计了离散采样控制器。将线性质量-弹簧-阻尼机械模型情形推广到了非线性系统，在非线性系统辨识方面有应用价值。

往复压缩机气量调节控制方法优化技术

刘雯华, 江志农, 张天宇, 王瑶, 张进杰

2019, 26(7): 1365-1371.

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针对往复压缩机气量调节的需求，对机组排气压力与流量的关系进行机理建模，计算模型稳态相对增益选择耦合关联度较小的变量配对方式，采用分布式PI控制策略验证机理模型与实际系统的匹配关系，同时运用模型辨识方法将机理模型转化为传递函数矩阵，并首次利用传递函数矩阵对配对主回路设计内模控制器代替传统的PI控制器，降低了参数整定的难度，从仿真和实验结果可知，此方法取得良好的目标值跟踪性能和鲁棒性，实现了系统控制效果的优化。

基于MPC的电厂输煤皮带机系统能源效率优化

任志玲, 赵星, 林冬, 张广全, 张钟保

2019, 26(7): 1372-1377.

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针对发电厂输煤皮带机系统能源效率较低的问题，提出了提高皮带机运行效率的优化控制方案。首先分析确立了皮带机功率的数学模型，然后利用基于有限元模型的动态参数分析法获得精确的优化参数，采用开环最优控制削峰填谷策略优化处理。最后根据系统中存在干扰产生控制误差的问题，引入模型预测控制算法（MPC）进行反馈校正和滚动优化。结果表明在分时电价下，模型预测控制策略节能显著，使生产成本大大降低，增加了发电厂的生产效益，具有良好的实际应用价值。

基于模型预测算法的桥式起重机消摆控制

胡富元, 邵雪卷, 张井岗

2019, 26(7): 1378-1383.

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桥式起重机系统的主要控制目标是将货物快速、精确地运送到目标位置，且在该过程中尽可能地减小负载的摆动幅度。为此，提出了一种基于微分平坦理论的模型预测方法，可在保证负载快速精确到达目标位置的同时，有效地将负载摆动的幅度限制在安全的范围内。根据起重机系统的微分平坦性质，构造了结构简单、具有微分平坦输出形式的预测模型，将负载的摆角约束转化为对该预测模型的输入约束，然后对系统进行在线优化控制。仿真结果表明该方法在实现桥式起重机台车快速精确定位的同时，能够将负载摆角限制在允许的范围内。

汽车电子节气门的建模及滑模控制

白锐, 王胜贤, 王贺彬

2019, 26(7): 1384-1390.

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汽车电子节气门通过改变节气门的角度来调节发动机的进气流量。根据电子节气门的机械结构和工作原理，建立了节气门的非线性数学模型，模型中充分考虑了弹簧、摩擦等非线性因素以及气体流量等外界扰动对节气门控制系统性能的影响。针对节气门的非线性强、具有外界干扰等控制难点，基于所建立的数学模型，提出了节气门的滑模控制方法，并证明了闭环系统的稳定性。设计并开发了节气门的控制实验平台，分别进行了控制方法的计算机仿真和实验平台验证。仿真及实验研究结果表明，所提出控制方法可使电子节气门的实际角度准确稳定地跟踪其设定值，并有效的抑制外界干扰，获得良好的控制效果。

EPA实时以太网系统中控制与通信的同步方法

刘宁, 吕鲲, 薛铜龙

2019, 26(7): 1391-1396.

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为了提高EPA(Ethernet for Plant Automation)系统的通信实时性能，在EPA确定性通信调度策略的基础上，提出了一种控制与通信的同步方法。该方法将EPA设备的通信宏周期划分为通信时间片和控制时间片；程序在每次巡回执行时获取当前时间，并根据当前时间是位于通信时间片内还是控制时间片内来决定执行通信任务还是控制任务；在执行控制任务时，使用设置和扫描状态标识的方式保证功能块在通信宏周期中的单次执行。实验表明，该方法能够有效避免EPA系统中功能块的无效执行和数据的无效传输，提高系统的通信实时性能。

基于分数阶PID滑模变结构的逆变器控制研究

郭伟, 魏妙, 李涛, 周成杰, 王心

2019, 26(7): 1397-1404.

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高阶电压型逆变器响应快速，控制精准，在工业领域应用广泛。逆变器稳态性能是应用成功之关键，其控制策略是研究重点。针对一至四阶电压型逆变器电路系统建立状态空间模型；并提出一种新型的滑模变结构控制策略：分数阶PID滑模变结构控制算法。仿真实验显示提出的分数阶PID滑模变结构控制具有优良的控制性能，如收敛速度快，误差小，鲁棒性强，对工程实践具有积极的指导意义。

一类非线性系统故障诊断观测器设计

温秀平, 陈巍, 付肖燕, 张军

2019, 26(7): 1405-1412.

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研究了一类非线性系统故障诊断观测器的设计问题。针对同时具有执行器故障和传感器故障的非线性系统，设计了故障诊断观测器。利用线性矩阵不等式方法给出了故障闭环系统渐近稳定的充分条件，同时故障闭环系统还满足一定的性能指标。最后，以数值算例验证所设计的故障诊断观测器的有效性，仿真结果表明该故障诊断观测器能够很好地诊断出系统的故障。

基于ESO自抗扰的永磁同步电机逆控制

边疆, 牛聪, 姚家琛

2019, 26(7): 1413-1418.

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为有效解决永磁同步电机内外扰动对控制系统的影响，提高控制系统的自抗扰能力。提出基于扩张状态观测器(Extended State Observer，ESO)补偿的自适应逆系统综合控制算法。设计了d轴电流系统的二阶扩张状态观测器(ESO1)和转速子系统的三阶扩张状态观测器(ESO2)对转速控制系统的不确定干扰项和未知状态进行实时估计，用其进行前馈补偿，采用模型参考自适应对电机定子电阻和电感参数进行辨识。实验结果表明，自抗扰算法对电机内部参数摄动和外部负载扰动具有较强的鲁棒性。

一种改进的三电平APF中点电位控制算法

连晗

2019, 26(7): 1419-1424.

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针对二极管钳位型三电平有源滤波器中点电位平衡的控制算法进行了改进。阐述了三电平有源电力滤波器主电路直流侧中点电位波动的产生原因，分析了平衡因子调节中点电位的控制原理，指出了有源电力滤波器在实际工作中主电路的状态常常需要在整流和逆变两种状态之间进行切换，导致难以确定合适的平衡因子。研究发现，将模糊控制引入到中点电位的平衡控制后，解决了此问题。最后通过仿真和实验结果验证了该方法的有效性。

利用自适应粒子滤波的传感器故障诊断识别

刘红艳, 麦艳红, 孔繁镍, 母三民

2019, 26(7): 1425-1430.

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在随机非线性或非高斯系统中，因突然发生的校准型错误而引发的读数偏置或缩放等传感器故障，会对系统的准确检测与稳定控制带来不利影响。针对该问题，提出一种新型的故障诊断和识别方法。设计一种自适应粒子滤波器来计算测量值和粒子滤波器估计值之差，进而利用最大似然估计来确定故障的类型和幅值，从而精确地诊断传感器故障，并对故障造成的影响进行实时补偿。在锅炉模型中进行了相关仿真实验，实验结果证明了所提方法的有效性。

基于数据分布的小样本扩充方法及应用

毕略, 熊伟丽

2019, 26(7): 1431-1436.

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在基于数据驱动理论的软测量建模过程中，样本的数量会对所建模型的精度产生影响。针对训练样本数量较少的情况，提出了一种利用欧氏距离和角度原则进行数据扩充的方法。该方法通过分析数据的分布特征来确定样本扩充的区间范围，利用扩充数据完善建模对象在各阶段的信息，并进一步重构建模数据集，从而提升了所建模型的预测精度。通过2个工业过程的仿真研究，验证了该方法具有良好的泛化性能和建模精度。

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