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2019年 第26卷 第8期 刊出日期：2019-08-20

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建模与仿真系统

基于自适应阈值PLS的过程监测方法及应用

梁梦圆, 周平

2019, 26(8):  1437-1443. 

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偏最小二乘法(Partial Least Squares, PLS)在工业过程监测等方面得到了广泛研究与应用。为提高基于PLS过程监测的监测效果，针对传统PLS方法采用固定阈值产生大量误报与漏报的问题，提出一种自适应阈值PLS的过程监测方法。该方法首先根据过程正常历史数据建立PLS监测模型，并根据统计量的指数加权移动平均值，计算相应的自适应阈值，用于过程监测。最后，采用田纳西-伊斯曼(TE)过程和大型高炉炼铁过程的仿真实验测试方法的性能，实验结果表明，相对于传统PLS方法，基于自适应阈值PLS的过程监测能够降低误报率，提高过程监测性能。

基于犹豫语言信息集结算法的数据库选择

高婷, 王晓楠

2019, 26(8):  1444-1449. 

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为了提高数据库选择效率，针对多属性群决策问题提出了一种基于犹豫语言多属性群决策算法的数据库选择方法。首先，构建一种基于广义犹豫语言Heronian平均(GHLHM)算子的数据库选择模型。其次，将Archimedean范数引入到犹豫语言环境下，定义了新的犹豫语言运算法则；其次，基于新的运算法则和Heronian平均，提出了GHLHM算子，并探讨了GHLHM算子的一些基本性质，研究了GHLHM算子的几类常用算子形式，提出了广义犹豫语言加权Heronian平均(GHLWHM)算子；最后，基于GHLWHM算子构建了一种新的犹豫语言多属性群决策方法并将其应用于数据库选择中，实验证明，该方法可
以实现对数据库性能的综合优选排序，在其他领域也有着广泛的应用前景。





切换正线性系统的稳定性分析

王晓梅, 马瑞诚

2019, 26(8):  1450-1453. 

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针对切换正线性系统，利用时变余正Lyapunov函数方法，讨论其在预先给定驻留时间切换信号下的指数稳定性分析问题。首先，当驻留时间满足上下界约束时，通过构造时变余正Lyapunov函数，建立了切换正线性系统指数稳定的充分条件。其次，研究了驻留时间切换信号在仅有下界约束情形下，切换正线性系统全局指数稳定的充分条件。所提出的条件均可以用线性规划算法来求解。最后，通过数值例子验证所提方法的有效性。

液压位置驱动单元的神经网络辨识

韩桂华, 赵玉秀, 施玉春, 刘家春

2019, 26(8):  1454-1459. 

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针对线性微分方程数学模型不能反映实际系统的问题，采用Elman网络对四足机器人液压位置驱动单元进行动态神经网络辨识研究。为了减小Elman网络输出与期望输出之间的误差，采用拟牛顿算法BFGS和自适应学习率算法GDX对网络的权值进行修正，并采用均方误差(Mean Square Error, MSE)与归一化均方误差 (Normalized Mean Square Error, NMSE)修正误差函数。基于辨识模型设计BP神经网络来修正PID参数。实验结果表明，辨识模型数据与实验数据拟合精度高，且基于辨识模型的BP神经网络PID算法控制有效，进一步验证辨识模型的有效性。

永磁同步电机调速系统的滑模自抗扰控制

侯利民, 任一夫, 王怀震, 李蕴倬, 李秀菊

2019, 26(8):  1460-1465. 

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传统的永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)自抗扰调速系统往往存在可调参数多且整定复杂的问题，利用滑模控制方法(Sliding Mode Control, SMC)对自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control, ADRC)结构进行改进，设计了PMSM调速系统的滑模自抗扰速度控制器和电流控制器。将滑模控制方法引入自抗扰控制结构中，将自抗扰控制中的扩张状态观测器和非线性误差反馈控制律进行优化，在保留自抗扰原有抗扰性能的基础上，简化了参数整定，提高了系统的响应速度和鲁棒性，利用李雅普诺夫理论证明了控制器的稳定性。仿真结果验证了该方法的有效性。

改进粒子群算法及其在航迹规划中的应用

王闯, 董宏丽, 谷星澍, 李佳慧, 陈建玲

2019, 26(8):  1466-1471. 

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针对标准粒子群算法初期收敛速度快，后期容易陷入早熟，局部寻优等缺点，提出了一种新的随机时滞粒子群优化算法(Random Delayed Particle Swarm Optimization, RDPSO)。该算法中，速度更新模型将根据随机变量期望值从一种模式切换到另一种模式。此外，为了减少陷入局部最优现象的发生并扩大搜索空间，在速度更新方程中添加了随机时滞。仿真结果表明了所提出的RDPSO算法的综合性能优于其他改进的PSO算法。最后,将RDPSO算法应用于油田巡检无人机航迹规划问题，实验证明RDPSO算法有效地避免了局部最优现象的发生，同时保证了收敛速度。

基于幅值信息的随机有限集SLAM方法

史剑鸣, 章飞, 曾庆军, 孙陶莹

2019, 26(8):  1472-1478. 

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针对水下机器人同步定位与地图创建(Simultaneous Localization and Mapping，SLAM)方法在杂波密集及地图特征点多的水下环境中，存在地图特征点以及机器人自身位置估计精度较低的问题，提出一种基于幅值信息的随机有限集SLAM (AI-PHD-SLAM)方法。该方法利用地图特征量测的幅值信息获得更准确的地图特征和杂波的似然函数用以提高SLAM过程中对特征地图的估计精度。同时研究了在已知信噪比和未知信噪比的情况下，加入幅值信息后PHD-SLAM方法性能。通过仿真实验，将所提方法与RB-PHD-SLAM方法进行比较，结果表明该方法明显改善了地图特征位置和数目的估计精度并且有效降低了计算量。

基于Hammerstein系统的卡尔曼滤波互补融合法

王江华, 张莉, 孙思凡

2019, 26(8):  1479-1483. 

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四旋翼无人机作为一个非线性、多变量、高度耦合的欠驱动系统，其欠驱动特性会引起四旋翼非线性环节不稳定，进而对捷联惯性测量系统产生干扰。针对这一问题，首先分析了四旋翼欠驱动系统的结构和特征，参考传统Hammerstein非线性系统的组成，建立四旋翼无人机系统的Hammerstein非线性模型；然后设计一种新的卡尔曼式滚动窗口互补融合滤波算法，并在四旋翼无人机欠驱动Hammerstein系统之上验证算法的性能。仿真和实物测试结果表明，该融合滤波算法具有良好的平滑性和快速的跟随性，能够在保证系统响应速度的前提下，最大程度削弱外界噪音对四旋翼飞行控制的干扰，有效解  决了复杂状况下捷联惯性测量系统采集数据的有效性和稳定性问题。

不确定Hamiltonian系统H∞自适应控制研究

兰永红, 尹俪莎

2019, 26(8):  1484-1489. 

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针对一类参数不确定Hamilton系统，根据Lyapunov稳定性理论，提出一种基于观测器的 自适应控制方法。首先，针对标称Hamilton系统，研究其控制器设计问题，将结果推广至含有参数不确定性的Hamilton系统，并给出其 自适应控制器设计方法。然后，考虑到系统状态的不可测性，根据不确定Hamilton系统的结构特点，提出一种基于状态观测器的 自适应控制器设计方法。最后，通过数值仿真验证所提方法的有效性。

基于预测控制开关磁阻发电机输出电压优化

雷晓犇, 王传奇, 李雪丰

2019, 26(8):  1490-1496. 

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为提高飞机开关磁阻电机起动/发电系统输出电压的品质，抑制输出电压脉动，在分析影响开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator, SRG)输出电压脉动的因素基础上，提出了一种基于目标状态方程的开关磁阻发电机非线性预测控制方法。首先，根据建立的开关磁阻发电机非线性数学模型，结合预测控制理论，设计开关磁阻发电机非线性预测控制器；其次，为减小外部扰动对输出电压的影响，设计扩展状态观测器；最后，仿真验证算法的效果。仿真结果表明，与PID控制相比，非线性预测控制使开关磁阻发电机输出电压稳定，鲁棒性好。

基于PID控制理论的改进粒子群优化算法

杨晓, 王国柱

2019, 26(8):  1497-1502. 

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针对粒子群算法搜索速度不足和易于陷入局部最优的问题，基于PID控制理论的方法从其本质出发分析了该算法的迭代公式，揭示了该算法的速度更新机制实质上采用的是一种比例积分(PI)的方式，基于该理论采用PID的控制机理对粒子群算法的本质特性进行改进。为了验证所提策略的有效性，借助MATLAB编程实现了算法的功能并利用benchmark测试函数与标准粒子群算法进行了详细的实验对比。结果表明，改进后的粒子群算法收敛速度得到了明显的提高并且可以有效避免陷入局部最优。

相空间重构短期风速与发电功率在线预测

韩亚军, 李太福

2019, 26(8):  1503-1508. 

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风力发电具有随机性、间歇性、波动性和难以精确预测的特点，针对大容量风力发电接入,会对电力系统的安全、稳定运行带来严峻挑战的问题，根据风速的混沌特性,提出采用一种相空间重构理论短期预测方法。首先确定风速的最佳延迟时间τ和嵌入维数m，再次对m和τ的多组可行匹配,并找出一个最佳匹配进行样本相空间重构，最后使用BP神经网络进行短期风速预测。通过对重庆武隆地区某风电场的实测数据进行仿真，证明该方法的有效性和可行性，并且提高了短期发电功率预测精度，对并网风力发电系统的运行具有重要意义。

利用混沌优化鸡群算法的机器人SLAM方法

葛媛媛, 张宏基

2019, 26(8):  1509-1514. 

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针对机器人在未知环境下采用粒子群优化算法进行同时定位与地图构建(Simultaneous Localization And Mapping, SLAM)时，定位精度不高、方向误差较大以及鲁棒性差的问题，提出一种利用混沌理论优化改进鸡群(Chicken Swarm Optimization, CSO)的SLAM算法。首先在鸡群算法中引入小鸡的学习机制，对小鸡的学习系数进行混沌变异，其次引入混沌序列对鸡群中各子群进行扰动，同时在个体最优位置的领域内进行自适应混沌搜索，以寻找子群的最优位置。对所提出的机器人SLAM算法进行了实验验证，并与基于粒子群优化的SLAM算法进行比较，得出该算法不仅能够获得较高的定位精度和地图构建精度还具有较好的估计稳定性。

基于Lyapunov闭环稳定的CNN直流电机死区控制

张俊勇, 东方, 苗毅斐

2019, 26(8):  1515-1520. 

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针对传统直流电机控制策略中，未考虑参数未知、死区输入以及非线性特性问题，提出一种基于Lyapunov闭环稳定的卷积神经网络(Convolutional Neural Network， CNN)直流电机死区控制策略。首先给出直流电动机的动力学系统模型，以及自适应卷积神经网络的控制目标，利用卷积神经网络逼近直流电机系统中的未知参数，并利用Lyapunov函数进行状态反馈自适应控制器设计，然后给出闭环控制系统中的信号有界定理，从理论上对其稳定性进行分析。最后利用MATLAB平台对所提控制策略进行模型建立和实验仿真，结果显示所提算法具有良好的控制特性。

基于变频激励响应测试的异步电机参数估计

罗金盛

2019, 26(8):  1521-1525. 

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针对鼠笼式异步电机的参数估计问题，提出一种基于变频激励响应测试的参数估计方法。首先，当转子静止时，通过一个交流电压源向电机两相施加一个变频激励信号，频率范围为0.5 Hz到150 Hz。然后，测量电机对这些信号的频率响应，并以此来估计出电机单笼和双笼模型的电阻和电感参数。通过实验测量电机的实际转速和转矩，并将其与根据估计参数所计算的转速和转矩进行对比，结果证明了该方法的有效性。

考虑故障对等节点非合作视频点播建模方法

朱明星, 孙正来, 刘文烨, 吴仲超, 徐飞, 叶海峰, 赵岱平

2019, 26(8):  1526-1532. 

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为提高视频点播模型对系统行为预测的准确性，提出一种考虑故障对等节点的非合作对等网络视频点播建模方法。首先，构建具有泊松分布过程的idle队列、接收队列和故障队列的视频点播的有限种群排队系统表示模型；其次，利用对等网络(p2p)对视频点播三队列系统的对等辅助流媒体的网络行为进行描述，构建系统数值模型，并给出系统状态概率方程系数计算过程和系统性能计算公式；最后，通过实验对模型预测精度进行验证，仿真结果表明在上行链接利用率和服务流量利用率两项指标上，所提算法均要优于选取的对比算法，同时实验部分给出了节点故障对系统性能的影响实验。

基于规律性变化背景的异常检测算法研究

尹瑞, 杨建华, 卢伟

2019, 26(8):  1533-1538. 

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煤层气开采安全问题日益受到广泛关注，为解决包含抽水机往复运动的煤层气开采现场的视频监控异常检测问题，提出一种基于有规律变化背景的异常检测算法。该方法先采用基于三帧差法的区域分割算法将图像分割为静态背景区与包含抽水机往复运动的动态背景区。在分割静态背景区域与动态背景区域的同时，采用基于三帧差的Surendra算法提取静态背景区信息，建立背景模型。然后针对不同的背景区采用不同的异常检测算法，可以较好的排除正常的抽水机往复运动对场景中异常检测的干扰。对于静态背景区采用三帧差法与背景减除算法融合分割前景；对于动态背景区则采用三帧差法分割前景。实

验表明该算法在煤层气开采场景中能准确检测到前景，并满足视频监控的实时性要求。

改进Hilbert-Huang变换在轨道不平顺中的应用

赵玲, 黄大荣, 王宏刚

2019, 26(8):  1539-1543. 

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轨道车辆系统动力学数据包含轨道不平顺、轮轨关系等多方面的丰富信息。针对该类数据中噪声成分高、非线性特征明显，提出了提取非平稳信号中瞬态特征的信号的改进Hilbert-Huang分析方法。该方法借鉴了快速带通滤波思想，通过自适应带通滤波算法求得固有模态函数，能在降噪的同时检测出信号中瞬态成分的时间频率、幅值等信息。利用该改进方法对模拟信号进行处理，可以避免模态混叠现象。对某客运专线铁路实测轨道车辆动力学数据进行研究的结果表明：该铁路样本段轨道不平顺存在着不同程度的短波和中长波不平顺。说明改进的Hilbert-Huang变换方法可以为保障铁路安全运营提供一种新的途径。

工业过程及控制系统

基于CNN预测的电厂热能联合循环控制研究

任志玲, 赵博雅

2019, 26(8):  1544-1549. 

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为提高电厂热能循环控制的精度和稳定性，采用一种基于卷积神经网络的模型自适应监督预测的环控制算法。设计了采用卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)进行电厂热能循环的自适应学习模型，解决辨识模型不能根据真实工况进行自适应调整的问题，提高了预测模型的精度；针对所设计控制系统，设计了状态反馈自适应控制器，并对所设计控制器的渐进稳定性进行了证明，为应用提供了理论基础；通过在电厂锅炉汽机联合循环控制上的仿真测试，显示所提方法相对于传统的PID控制算法和广义预测控制算法。

建模与仿真系统

超低摩擦型冲击地压静动复合加载系统研究

张建卓, 张佳林, 王洁, 李利萍

2019, 26(8):  1550-1555. 

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为了实现超低摩擦型冲击地压试验台竖向静动复合精确加载，设计了一种基于力控制方式的电液伺服系统。首先，基于系统的数学模型研究静载加载对动载加载系统的影响；然后，通过AMESim软件就伺服阀最大空载流量和开环增益对系统性能的影响规律进行研究；最后，搭建超低摩擦型冲击地压试验台进行静动复合加载试验。结果表明，伺服阀最大空载流量越高，系统频宽越大，能量损耗增加，根据性能指标合理选择系统开环增益,电液伺服静动复合加载系统可实现静载0~500 kN，动载幅值0~50 kN、频率0~25 Hz的静动复合加载。

静压检测系统模型参考自适应控制策略研究

龙凯, 黄雪梅, 陶黎明, 张磊安, 袁光明, 刘卫生

2019, 26(8):  1556-1560. 

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为提高玻璃钢管道的1 000 h静压检测试验的精度和响应速度，实现对目标的实时跟踪，提出了一种基于广义误差的模型参考自适应控制策略。首先建立了静压检测系统的数学模型，其次根据李雅普诺夫稳定性理论，设计了基于广义误差的模型参考自适应控制器，然后建立Simulink仿真模型，通过自适应控制和PID控制比较验证了该方法的有效性，最后搭建检测系统平台，通过现场1 000 h的静压检测试验对控制效果进一步验证。结果表明，在自适应控制策略下，检测系统的实际压力值可以较好地跟随期望压力值，稳态误差不超过±0.03 MPa，完全满足玻璃钢管道的静压检测精度要求。

基于FLC和SPSO的电厂过热蒸汽温控系统

帅海燕

2019, 26(8):  1561-1565. 

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针对火电厂锅炉过热蒸汽温度的准确控制问题，提出一种基于模糊逻辑控制(FLC)的前馈-反馈控制系统，构建了前馈和反馈两级调温机制。前馈FLC控制器根据给水流率和燃料流率，分别为中段过热器和后段过热器控制模块输出一个喷雾流率信号。反馈FLC控制器根据过热器输出蒸汽温度与参考值的误差和误差变化率，输出一个喷雾流率信号，采用简化粒子群优化(SPSO)算法进行参数优化。然后将这2个喷雾流率信号进行融合，以此来精确控制喷雾调节阀，稳定蒸汽温度到参考值。仿真结果表明，提出的FLC控制系统能够快速有效地控制温度，且对负荷变化具有很好的鲁棒性。

三连杆机械臂控制系统设计的参数化方法

顾大可, 唐重建

2019, 26(8):  1566-1571. 

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针对三连杆机械臂控制器设计问题，提出了关于连杆旋转角及角速度的参数化控制律，解决了三连杆机械臂控制问题。首先，虽然三连杆机械臂系统是非线性系统，但可转化为具有我们期望特征结构的线性定常系统，从而提出控制器的参数化形式。其次，在这样的设计中，仍有可进一步利用的自由度，用来提高或改善系统的性能。最后，提出直接参数化算法并运用Simulink进行仿真验证算法的有效性，且仿真结果证明所设计控制器能够实现三连杆机械臂稳定运动到直立平衡点。

无人机紧密编队的自抗扰滑模控制器设计

赵菁祥, 唐斌

2019, 26(8):  1572-1577. 

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对于具有非线性、欠驱动、强耦合特性的无人机紧密编队飞行系统，提出一种改进的自抗扰滑模控制算法。首先，针对模型中存在的气动耦合等不确定干扰因素，设计相应的扩张状态观测器进行实时估计并在控制律中补偿。接着，基于滑模变结构控制理论设计自抗扰滑模编队控制器，解决了参数配置难度大和欠驱动系统的控制问题。最后，通过Lyapunov函数证明跟踪误差一致收敛到零。仿真结果表明该方法简化了控制器的设计，控制精度高且鲁棒性更好，所设计的控制器能有效实现队形的变换和保持，具有可扩充性。

双机互联并网控制研究

刘建辉, 权晓臣

2019, 26(8):  1578-1584. 

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为使双机互联系统中光伏发电具备灵活快速的调频调压能力，分析了光伏发电单元与同步发电机双机互联并网功率控制方法，提出最少调节参数设计的虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator. VSG)控制方法。最少参数的调频器呈一阶惯性特点，能够解决双机互联并网运行时的共振问题。VSG阻抗模型中的非线性电抗模拟系统的暂态运行，实现互联系统在暂稳态过渡过程中VSG调节的准确度和灵活性。仿真结果验证了最少参数VSG方法的可行性和有效性。

基于文化算法的电动汽车充电站规划

王雨虹, 王治国, 邱微

2019, 26(8):  1585-1591. 

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电动汽车充电站选址定容问题中的不确定性信息以及处理是规划的难点，着重考虑地理信息、电网损耗、负荷不确定性等对该问题的影响。建立考虑地理信息、建造成本运行成本等综合费用为最优的目标函数。此目标函数以服务半径、充电需求为约束条件，科学全面反映出电动汽车充电站规划问题的实质。针对不确定性因素的随机性和模糊性，采用随机模糊技术将其影响计入模型。利用改进的差分文化算法来解决电动汽车充电站规划问题。与此同时，引入混沌序列对算法进一步优化。案例分析表明方法的可行性及优越性。

基于图像处理的集成电路封装质量检测方法

范海东, 陈炫宏, 罗盛炜, 李清毅, 赵春晖

2019, 26(8):  1592-1598. 

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集成电路(Integrated Circuit, IC, 又称芯片)封装过程是集成电路制造业中关键生产过程，封装质量的优劣直接影响到成品芯片的可靠性和使用寿命，进而制约着电子产品的整体性能。为了在生产过程中监测并保证芯片的封装质量，对集成电路的封装质量的检测必不可少。从封装过程的工艺特性入手提出了一种基于图像处理手段的集成电路封装溢料的自动检测与计算方法，实现了封装溢料状况的定量测量。这一方法对于实现集成电路封装过程的质量闭环控制有着较大的意义。

基于模糊双向投影的车企运输物流选择研究

方明清

2019, 26(8):  1599-1604. 

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在区间直觉模糊信息环境下，针对属性权重完全未知的多属性群决策问题，基于双向投影权重模型，构建了一种的新的多属性群决策模型。首先基于决策者提供的综合决策矩阵确定理想方案和临界方案，并依据投影公式计算各备选方案的关联系数和投影长度；其次，分别以最大化和最小化为目标函数，建立多目标最优化模型获取对应的属性最优权重；最后，构建属性权重向量的双向投影优化模型，运用改进的VIKOR和TOPSIS方法进行方案排序，并通过物流运输伙伴选择实例说明所提方法的有效性。