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2019年 第26卷 第9期 刊出日期：2019-09-20

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运动体控制系统

具有零速停车的舞台威亚平滑变速方法研究

李炜, 葛振福, 龚建兴

2019, 26(9):  1605-1612. 

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针对舞台威亚控制系统因分段式控制及惯性停车，导致同步协调运行性能及轨迹拟合效果不佳，传统ADRC因参数繁多致使整定困难等问题，根据自抗扰控制的思想，从建立威亚控制系统的“抗扰范式”入手，结合基于线性扩张观测器（LESO）的自抗扰控制技术，提出了一种零速停车模式下的舞台威亚系统平滑变速同步协调控制策略。该策略首先基于“抗扰范式”的理念为威亚系统单点吊机建模，并采用LESO及带宽参数整定方法，对改进型ADRC进行了相应参数的优化整定，在简化ADRC参数整定的同时，确保了威亚系统的单机控制性能；之后设计了适宜的平滑变速与减速算法，使舞台威亚能以零速停车模式并通过平稳变速，改善了威亚运行轨迹拟合效果。仿真结果表明，较之于分段式控制策略，该控制方法除表现出更好的同步协调及制动减速性能外，也为舞台威亚“随乐而舞”提供了保障。

基于背景建模的桥式吊车负载摆角测量算法

许鹏, 方勇纯, 陈鹤

2019, 26(9):  1613-1619. 

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传统的桥式吊车摆角测量装置安装于吊车系统内部，多为采用电位器或光电编码器等方法进行检测的接触式测量装置，具有机械结构复杂、独立性差等缺点。算法将视觉引入桥式吊车摆角测量中，利用计算机视觉的方法实现负载摆角的非接触测量。同时，为了提高负载识别的准确性以及算法运行的实时性，利用背景建模结合背景减除的方法进行运动负载的快速识别。经过实验，算法能够准确、快速地识别运动负载，并对负载摆角进行准确计算，实验效果良好。特别的，算法无需考虑负载的几何形状和质量分布，对于各类负载均能实现准确的摆角测量，非常适用于实际工业吊车系统。

双PWM变换器的功率快速平衡控制

钟立群, 王辉, 吴轩, 徐雪刚

2019, 26(9):  1620-1626. 

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研究了一种用于双PWM变换器的直流母线功率平衡控制方法。该方法根据网侧和机侧变流器数学模型推导出各自的功率微分方程，并在网侧变流器控制中引入机侧变流器功率微分，使得网侧变流器功率及时跟踪机侧变流器功率让直流母线电容功率保持不变；为简化负载功率微分的计算，永磁同步电机采用IP控制方法。同时，为了更好地稳定直流母线电压，在网侧变流器的外环控制中采用直流母线电压的控制方法，从而在直流母线电容容量较小时，直流母线电压仍保持稳定。仿真及实验结果验证了所提出的控制方法的有效性及优越性。

基于自抗扰的高超声速飞行器姿态鲁棒控制

朴敏楠, 孙明玮, 黄建, 陈增强

2019, 26(9):  1627-1635. 

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提出了基于线性自抗扰的高超声速飞行器三通道姿态控制的统一方案。对于欧拉角的控制，分别为3个通道设计线性自抗扰控制器，利用扩张状态观测器对各个通道中的包括未建模动态、参数不确定性、通道间耦合作用以及外部扰动的总扰动进行实时估计和补偿。通过使用稳定裕度测试子的参数整定方法，保证各个通道闭环系统有期望的稳定裕度以及暂态性能。此外，通过基于飞行器本体动态特性的指令转换，将俯仰角、偏航角和滚转角的控制方案直接应用于攻角、侧滑角和速度倾侧角的控制，从而实现了线性自抗扰框架下三通道所有姿态角度的统一控制方案。仿真结果证明了该控制方法良  好的跟踪性能和抗扰性能。

改进粒子群算法优化的BLDCM调速系统研究

耿文波, 周子昂

2019, 26(9):  1636-1641. 

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针对无刷直流电机（BLDCM）双闭环调速系统，使用传统优化方法获得的PID参数很难满足其在高速、高精度及负载扰动较大等场合的应用。为此在标准粒子群优化（PSO）算法研究的基础上，设计了一种使用正交试验机制的改进粒子群算法来优化PID转速控制器，解决了传统粒子群算法优化PID参数过程中寻优速度不足和容易陷入局部最优的问题。经过仿真对比，基于改进粒子群算法优化的PID控制算法应用在无刷直流电机双闭环调速系统中，获得了更快的调节时间、更小的超调量和更强的抗干扰能力。该方法为无刷直流电机转速控制系统的优化提供了新的思路。

PMSM无传感器模糊直接转矩控制系统

张红伟, 王海林

2019, 26(9):  1642-1647. 

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针对电动汽车中永磁同步电机(PMSM)的高效控制问题，提出一种无位置传感器的模糊直接转矩控制(DTC)系统。首先，利用模糊DTC代替传统DTC对电机进行控制。然后，提出一种模糊PI定子电阻估计器来实时估计定子电阻，对由环境因素引起的定子电阻变化进行补偿，以此提高模糊DTC中电磁转矩和定子磁链的估计精度。最后，利用模型参考自适应系统(MRAS)构建一个电机转速估计器，实现无位置传感器的控制，以此降低系统成本并提高系统可靠性。仿真结果表明，提出的控制系统能够精确地控制电机转速跟随设定值，且具有很好的鲁棒性。

工业过程及控制系统

CFBB床温LMPC-PID控制

郭伟, 乔东东, 李涛, 李明家

2019, 26(9):  1648-1654. 

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针对循环流化床锅炉(Circulating Fluidized Bed Boilers，CFBB)床温被控对象的大惯性、时变性、干扰因素多等特点，提出一种基于Laguerre函数模型的PID预测控制算法(LMPC-PID)。该算法在基于Laguerre函数模型的预测控制算法的基础上，将滚动优化的指标改成PID型结构，结合PID控制与预测控制的优点，提高了控制系统的快速性、稳定性和鲁棒性。通过对循环流化床锅炉床温的被控对象进行仿真研究，结果表明该算法具有良好的控制品质。

基于TSA多变量非线性RBF神经网络预测控制

姜雪莹, 郭颖, 施惠元, 苏成利

2019, 26(9):  1655-1660. 

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为了解决现在有的非线性预测控制方法在线实时求解非线性方法的困难，提出一种基于TSA的多变量非线性RBF神经网络预测控制算法。该算法采用多个RBF神经网络建立非线性系统的过程模型，并作为预测模型。采用树和种子算法 (TSA) 在线搜索非线性预测控制系统的最优控制律，避免了直接递推控制律时解决复杂的非线性优化问题。CSTR过程的仿真对比结果验证了该算法的跟踪性能和抗干扰能力。

基于H_∞控制的并网逆变器输出端扰动抑制

贤燕华, 王世强, 江明轩

2019, 26(9):  1661-1666. 

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针对光伏系统并网时负载变化、电网电压波动和外部噪声等输出端扰动问题，应用H∞理论构建抑制并网逆变器输出端干扰的控制系统模型，该模型中电网电压、参考电流和外部噪声作为输入信号，逆变器的输出电流作为输出反馈信号，实现并网电流的间接稳定控制；同时采用带阻尼谐振的谐波补偿器作为性能加权函数，优化并网电流的谐波输出。仿真表明设计的H∞控制器在上述3种输出端扰动的情况下均能保障并网电流总谐波畸变率小于5 %，与电网电压同频同相的并网要求，且优于PI控制和准PR控制，增强了光伏并网系统的鲁棒性能。

改进HNN算法求解柔性流水车间排产优化问题

林硕, 陈世佳, 韩忠华

2019, 26(9):  1667. 

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为了解决柔性流水车间中的排产优化问题（Flexible Flow Shop Schedule Problem，FFSP），提出了一种基于模拟退火原理的Hopfield神经网络算法作为全局优化算法。该算法提出了FFSP问题的换位矩阵，给出了FFSP问题的能量函数达式，并且为克服标准Hopfield神经网络算法（Hopfield Neural Networks，HNN）在解决FFSP问题时容易陷入局部最小解的缺陷，将模拟退火算法应用于Hopfield神经网络求解，确保当能量函数趋于稳定时输出可行调度解。最后，选用不同规模的实例对改进的HNN算法进行测试，并与遗传算法、紧致遗传算法、HNN算法进行对比研究，实验结果表明改进的HNN算法是求解FFSP问题的一种有效方法。

网络控制系统抗饱和鲁棒稳定及 性能分析

彭高丰, 刘刚, 冷洋, 陶能如, 赵娜

2019, 26(9):  1675-1681. 

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针对一类执行器饱和的时变时滞网络控制系统，研究了系统在不等间隔采样下的抗饱和鲁棒稳定及性能。首先，对于具有执行器饱和特性的连续网络控制系统，设计了抗饱和控制器，建立了控制输入数学模型。通过对采样间隔和时变时滞的分析与处理，建立了闭环系统的离散数学模型。运用一种不确定项的处理方法，实现了用系统状态表示系统其它不确定项。然后，通过构造Lyapunov函数，运用 控制方法及线性处理方法，获得了基于LMI描述的系统时滞无关稳定性判据。最后，通过与其他文献方法对保证系统渐近稳定且 范数界取不同值下时滞上界的比较，说明了本文结论的有效性。

安全监控系统

基于MFCC与CDET的滚动轴承故障诊断方法研究

王前, 王刚, 蒋晗晗, 陈尚卿

2019, 26(9):  1682-1686. 

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针对工程应用中振动传感器安装困难、故障特征向量存在冗余等应用问题，提出了一种基于噪声信号美尔倒谱(MFCC)与补偿距离评估(CDET)的滚动轴承故障诊断方法。将机器运行噪声信号作为轴承状态监测信号，提取机器运行噪声信号的MFCC作为诊断特征，采用CDET算法对所提取的MFCC特征进行降维，最后将CDET降维后的MFCC特征向量作为支持向量机(SVM)的输入进行模式分类，并与传统基于PCA的降维算法进行比较研究。实验结果表明：噪声诊断中CDET降维具有更优的降维效果，基于MFCC与CDET的滚动轴承故障诊断能够准确、有效地识别轴承故障类型。

决策与控制一体化系统

风力机智能叶片气动建模与控制

漆良文, 陈 严, 何科杉, 郑黎明, 周 奇, 白兴之

2019, 26(9):  1687-1694. 

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可通过有效控制风力机叶片的升力间接减小风力机的疲劳载荷，提高风力机的可靠性。该文建立了基于尾缘襟翼的风力机叶片试验模型静态升力控制系统仿真平台。该系统在上位机Matlab/Simulink中建立叶片试验模型静态升力的数学模型和系统控制算法，利用下位机PLC进行实时数据采集和输出，并利用用于过程控制的OPC（OLE for Process Control，OPC）技术实现上位机和下位机的实时数据通信。结果表明：该控制系统通过主动调节尾缘襟翼的偏转角度有效地减小了周期渐变风、周期阵风、阶梯风和湍流风风况下叶片的升力波动幅度。同时，使用单神经元PID控制器能更好地弥补风扰动引起的升力波动，其控制效果优于经典PID控制器。

人工智能驱动的自动化

基于梯度下降和差分进化的光伏阵列MPPT方法

叶进, 董美辰, 何华光, 胡亮青

2019, 26(9):  1695-1702. 

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局部阴影条件下光伏阵列的P-V曲线将呈现多个功率峰值点的特性，而传统光伏阵列最大功率点跟踪算法只能有效跟踪单个功率峰值点。针对局部阴影条件下传统方法多峰寻优失效的问题，现有的研究工作主要以粒子群、差分进化等方法进行多峰寻优跟踪。这些算法具有较好的全局寻优能力，但其局部搜索过程容易出现收敛停滞的问题，因此文章提出了一种基于自适应梯度下降和差分进化相结合的改进算法，该算法在差分进化算法搜索后期使用自适应梯度下降法进行局部搜索优化。仿真实验结果表明，改进算法能准确找到最大功率点，有效解决收敛停滞问题，与粒子群算法和差分进化算法相比，平均总寻优时间分别减少了52.67 %和40.05 %，收敛速度有进一步提升。

基于自适应的ViBe运动目标检测方法

郭迎春, 杨飞飞, 师硕

2019, 26(9):  1703-1711. 

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针对视觉背景提取(VIsual Background Extractor，ViBe)运动目标检测算法参数固定且无法消除鬼影干扰的问题，提出了一种自适应策略的ViBe运动目标检测算法。在样本选取上，扩大样本邻域且随机生成样本，避免了邻域的重复选取导致的错误分类。对于ViBe匹配半径和背景更新因子的固定参数设置，自适应地根据背景的动态程度设置匹配半径和利用运动速度动态调整更新因子。为了消除鬼影，通过迭代法获得二次判别的最优阈值，过滤掉误判区域，可以快速将鬼影区域重新判别为背景。在2个公共视频数据集上，与具有代表性的6种算法进行比较，实验表明所提出方法的有效性，且对复杂场景下的运动目标检测具有鲁棒性。

基于L₂₁范数的正则化非负矩阵分解算法

李成, 赵海琳

2019, 26(9):  1712-1716. 

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非负矩阵分解(Nonnegative Matrix Factorization，NMF)给矩阵分解加了非负的约束条件，其分解的子矩阵更容易解释。传统的NMF算法使用基于L₂范数的优化目标，不容易识别非线性分布的数据结构。为了解决这一问题，提出一种基于L₂₁范数的正则化非负矩阵分解算法，将非负矩阵分解的目标函数写成L₂₁范数的形式，并在目标函数中加入图正则化项，使其能更好地处理复杂的非线性数据。最后，使用基准数据集，在聚类任务上测试所提出算法的性能。实验结果表明，所提出的算法可以提取数据的关键特征，获得原始数据的低维表示，产生更好的聚类结果。

LLC谐振DC/DC变换器调制性能分析

丁犇

2019, 26(9):  1717-1721. 

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LLC谐振变换器具有效率高、体积小、损耗低等优点。针对基于LLC谐振的DC/DC转换器，在分析其工作原理的基础上，设计LLC谐振DC/DC变换器调制策略，利用PSIM 6.0软件对脉宽调制和脉冲位置调制这两种主要调制控制方案的闭环性能、频域性能和传导损耗等性能指标进行了详细的分析。在这两种调制控制方案中，半桥逆变器的两个开关管均由死区时间为250 ns的方波脉冲进行控制，从而避免2个开关管的短路。通过仿真实验结果表明，当负荷变化范围很大时，脉冲位置调制方案在高输入电压下具有更好的频率选择性能，因此更加适用于DC/DC变化器的设计，从而提高功率转化系统的综合性能。

HEV复合电源自适应能量管理策略

闫晓鸣, 王大志, 梁雨, 李云路

2019, 26(9):  1722-1727. 

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为提高混合动力车辆复合电源能量利用效率，提出一种基于自适应滤波方法的混合动力车辆（Hybrid Electric Vehicles, HEV）复合电源能量管理策略。首先，对HEV复合电源以及双向DC/DC变换器进行建模；然后，采用基于功率分流法的自适应率，设计得到新的复合电源自适应能量管理策略；最后，通过不同工况下的仿真实验，验证该方法的有效性。仿真结果表明，该方法能够有效分配HEV复合电源的功率，该策略具有能量利用率高的特点。

基于GM-RBF神经网络的污水环境预测

杨壮, 武利, 乔俊飞

2019, 26(9):  1728-1732. 

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针对测量污水环境水参数化学需氧量(COD)难于测量的问题，提出了基于径向基网络的灰度理论预测模型（GM-RBF），对化学需氧量进行预测。利用灰度理论能对系统行为的发展变化进行预测的特点，结合径向基神经网络的高精度逼近能力，提高了预测模型的精度。研究了对污水处理过程关键水质参数的建模预测，实验证明该模型能以较高精度对COD进行预测，预测值最接近真实值，提供了可靠的COD参数值。

基于基线统计方法的舰载机着舰安全性分析

原新, 张雯, 孙也, 刘志林

2019, 26(9):  1733-1737. 

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舰载机安全着舰难度大，危险性高，需要对舰载机引导着舰的安全分析和评估方法进行研究。利用舰载机模拟着舰仿真平台模拟舰载机着舰过程，获得大量样本数据，通过统计方法对数据进行分析处理，形成代表标准操作规程的基线。将整个舰载机着舰过程划分成各个阶段的关键位置，使用基线比较领先指标的方法，对各个关键位置领先指标进行比较和分析，从而得到对舰载机飞行员着舰表现的评价，仿真结果验证了方法的有效性。

建模与仿真系统

混合多端直流输电系统控制策略研究

黄智达, 黄青松

2019, 26(9):  1738-1744. 

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提出并建立一种混合多端高压直流输电系统，该系统的整流侧为两组十二脉动换流器（Line Commutated Converter，LCC）串联，逆变侧为双端三相两电平电压源换流器（Voltage Source Converter，VSC）。在阐述其拓扑结构、工作原理的基础上，设计并分析了该系统的整体控制策略，并通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，针对系统的稳态运行和暂态故障过程进行仿真，仿真结果验证了混合多端高压直流输电系统控制策略的有效性。

基于环流抑制策略的MMC电容电压平衡控制

马秀娟, 滕佳怡, 姚统

2019, 26(9):  1745-1750. 

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模块化多电平换流器(MMC)的模块化结构、可扩展性、谐波含量少等特点使其在高压直流(HVDC)输电领域具有很好的发展潜力。分析了MMC的基本拓扑结构和工作原理，同时对电容电压波动和环流进行分析，指出对两者进行控制的必要性。提出一种基于环流抑制策略的电容电压平衡控制，在电容电压附加平衡控制的基础上设计基于滤波器、准比例谐振控制的环流抑制器，使得各子模块电容电压稳定的同时也抑制了环流，最后通过Matlab/Simulink验证了该控制方法的有效性和可行性，仿真结果表明电容电压波动和环流被控制在合理范围内。

城市环卫车调度系统建模与路径规划研究

陈 梅, 李炳辉, 潘旺洋

2019, 26(9):  1751-1755. 

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为改善城市环卫车运行路线和降低总成本，以垃圾元、分拣中心、回收企业、焚烧厂和填埋场为模型背景建立城市环卫车调度系统路径规划数学模型。将遗传算法与禁忌搜索算法的混合算法应用到环卫车路径规划中，以总成本最小化为目标函数。依据实际案例进行算法设计与仿真。仿真结果表明该算法收敛性好，具有良好的可行性与可操作性。本文所得结论对改善城市环卫车运行路线和降低总成本具有十分重要的意义。

考虑变量相关性的配电网电压稳定性分析

台德群, 周松林, 张必熙, 孙长翔, 罗希

2019, 26(9):  1756-1762. 

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接入配电网的分布式光伏发电出力具有强随机性和弱可控性，其与随机负荷共同作用导致配电网潮流呈现不确定性。为了在潮流计算中模拟光伏发电和光敏负荷之间的相关性，运用Copula函数建立两者的联合概率分布模型。通过拉丁超立方采样获取具有一定相关性的时序样本对，并代入配电网潮流方程计算潮流的联合概率分布。通过对IEEE33配电系统的仿真表明，考虑随机变量相关性的概率潮流结果更符合实际，更有助于分析节点电压的概率稳定性。

隐式马尔科夫HDP非参数贝叶斯视频异常检测

陈皓圭, 许乐灵, 唐旭清

2019, 26(9):  1763-1769. 

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为提高视频异常检测算法的适用性，同时提高算法的识别效率和精度，提出一种基于隐式马尔科夫非参数贝叶斯算法的视频异常检测算法。首先，针对跨越多天的视频画面进行片段序列划分，然后对所有帧的像素位置进行光流矢量总数统计和特征向量提取；其次，针对流数据分割和隐藏模式发现过程中模式数量未知问题，利用分层Dirichlet过程的隐式马尔科夫算法和非参数贝叶斯因子分析进行视频数据流分割和模式发现；最后，引入了一个交互式系统，允许用户检查和浏览可疑事件。实验结果显示，所提算法可实现视频异常的自适应模式发现，并可提高算法的识别精度和效率。

SOM图像分割算法在GPU上并行优化分析

杨飞, 李静, 周亮

2019, 26(9):  1770-1775. 

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为了对自组织映射(Self Organizing Map, SOM)图像分割方法进行加速，提出将原串行方法延伸到并行方法，并针对特定图像分割方法设计相应的并行计算模块。为了减少主要计算负荷，通过最小化非边缘模式子块矢量的类内协方差矩阵迹到类间协方差矩阵迹的比率，计算比率函数；通过类内散射矩阵到类间散射矩阵的比率，以估计分割数量。人脑核磁共振影像(MRI)的分割结果表明：所提并行优化方法与源串行方法相比，在保证图像分割质量的前提下，大幅提高了计算效率，同时其计算效率也高于同类并行加速方法。

基于干扰观测器的数字液压缸控制研究

王慧, 姜守岭

2019, 26(9):  1776-1781. 

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数字液压缸存在各种类型的扰动，包括参数不确定和不确定非线性，这些因素会限制数字液压缸高精度位置控制。针对数字液压缸高精度位置控制，提出一种反步控制与非线性干扰观测器相结合的控制策略以提高位置控制跟踪精度。首先建立了数字液压缸的非线性控制模型，基于李雅普诺夫方法从理论上证明了所设计的系统控制器能够保证系统全局稳定性，利用MATLAB/Simulink仿真软件验证所设计的控制策略的有效性。仿真结果表明，该控制策略能有效地减小由参数不确定和不确定非线性给系统带来的位置跟踪误差、相位滞后、稳态极限环和低速爬行现象，同时提高了系统的响应速度，使系统具有更强的鲁棒性，改善了位置跟踪品质。

基于IBDG的微网控制建模及故障仿真分析

杨轶, 卢天琪, 于长永, 等

2019, 26(9):  1782-1788. 

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微网中含有大量的逆变型分布式电源（IBDG），其运行控制及故障特性与传统同步发电机不同。分析了IBDG的逆变器控制方式，在DIgSILENT仿真软件上建立了微网在不同运行控制模式（并网、孤岛）下IBDG的控制模型。分析了在不同控制下线路发生短路故障时IBDG侧与线路侧的故障特性，比较分析了微网不同运行控制模式下故障保护受到的影响，为含IBDG的微网保护策略提供依据。