控制工程

贾维彬, 闫琛, 冀晓宇, 徐文渊

2019, 26(11): 1971-1977.

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对声波激励下碰撞传感器的可靠性进行测试和分析。对其微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)结构进行细致解析，探究其工作原理。通过自搭建系统，一方面解析碰撞传感器测量的加速度值，另一方面将同时刻的测试频率进行读取，进而将两者结合进行数据分析。在此基础上，采用多设备、多频点、多方向及不同调制方式的声波对碰撞传感器的可靠性进行评估，进而有效地避免安全气囊误起爆情况的发生。

基于双层Kalman滤波的间歇故障诊断与容错控制

沈世焜, 邱爱兵, 邱卫东, 陈娟

2019, 26(11): 1978-1985.

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针对一类发生间歇故障且受噪声干扰的线性离散系统，发展了一种故障诊断与主动容错的设计方案。首先，为了及时检测并准确诊断间歇故障，设计了双层Kalman滤波器，第一层Kalman滤波器通过构造滤波误差加权平方和作为系统残差，实现对执行器间歇故障的检测与隔离，第二层最优Kalman滤波器通过将滤波器增益重构为无故障约束增益与间歇故障增益，并求解间歇故障增益约束下的最小方差无偏估计问题，实现了系统状态、无故障约束状态和间歇性故障的联合最优估计。进一步地，利用最优估计、线性二次型高斯(LQG)控制和故障解耦方法构造主动容错控制器，使系统在发生间歇故障时仍能保障系统性能。最后，通过直流电机控制系统的仿真验证了所提方法的有效性。

基于权重k近邻的多模态过程故障检测方法

冯立伟, 张成, 李元, 谢彦红

2019, 26(11): 1986-1993.

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工业过程往往运行于多个生产模态，针对多模态过程数据的空间分布特点：中心漂移和模态协方差差异明显，提出了基于权重k近邻的故障检测方法(FD-wkNN)。首先在训练数据集中寻找第k近邻并计算近邻距离；其次把此k近邻与其前K近邻集的局部近邻平均距离倒数作为权重，构建加权平均累积距离D作为统计量。加权平均累积距离可以有效降低中心漂移和协方差差异明显的影响；最后，利用核密度估计确定训练样本集统计量D的控制限，当新样本的加权平均累积距离大于控制限时，则其为故障；否则为正常。FD-wkNN具有对协方差较小模态的微弱故障的检测能力。通过模拟实例和青霉素发酵过程进行故障检测仿真实验，并与PCA，KPCA，FD-kNN等方法比较，验证了所提方法的有效性。

基于多工况迁移学习的磨机负荷参数软测量

贺敏, 支恩玮, 程兰, 阎高伟

2019, 26(11): 1994-1999.

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湿式球磨机运行过程中需要对多个负荷参数进行监测，然而运行工况改变会导致实时数据和建模数据的同分布假设不再成立。针对传统软测量方法不能考虑负荷参数之间的关联性，以及多工况情况下建模数据和实时数据概率分布变化引起的模型性能恶化问题，有针对性的引入迁移学习策略与多任务学习机制，建立一种基于多工况迁移学习的湿式球磨机负荷参数软测量模型。首先采用联合分布适配在降维过程中共同适配不同工况的边缘和条件分布，然后利用多任务最小二乘支持向量机方法对磨机负荷参数进行回归预测。实验结果表明，该软测量方法显著优于现有的方法，适用于多工况情况下的软测量建模。

广义系统执行器故障检测：区间观测器方法

郭胜辉, 朱芳来, 李泽

2019, 26(11): 2000-2005.

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针对含有执行器故障的不确定广义系统，研究了利用区间观测器实现故障检测的方法。假设执行器故障不存在，讨论广义系统区间观测器设计方法，通过两次变换，将区间观测器设计转化为求解Sylvester方程的形式；利用区间观测器的输出构造系统不含执行器故障时的输出上下界，以系统输出是否超出所构造的上下界来实现执行器故障检测；实例仿真说明了所提方法的正确性和有效性。

带补偿的桥吊终端滑模防摇定位控制器设计

陈天宇, 徐为民, 陈曦, 岳雅雯

2019, 26(11): 2006-2012.

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针对二维欠驱动桥式吊车防摇定位控制中普遍存在的内部参数变化及摩擦等外部不确定性扰动问题，提出了一种基于带有扰动补偿的终端滑模结构的桥吊控制方法。该方法首先设计非线性扰动观测器对系统的不确定动态进行在线估算，提升了系统的鲁棒性；然后利用终端滑模面使跟踪误差在有限时间内收敛到零，同时削弱了滑模控制器的抖振现象。给出了该控制器的稳定性分析，仿真结果证明了该方法的鲁棒性和优越性。

一种面向复杂问题的小样本建模方法研究

冯国奇, 崔东亮, 朱凯全, 张琦

2019, 26(11): 2013-2018.

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科学研究中常因过高的试验成本导致机器学习的小样本问题，其难点在于数据集信息不足以描述原始问题的全部特征，因此需要根据学习算法特点精心安排试验以最大化小样本数据集的信息量。针对多元线性回归建模提出了一种样本选择方法：依托正交设计变量的水平特性，采用汉明距离评估试验样本相似性，以样本集最小汉明距离表征数据集的偏差；根据回归建模的样本量最低需求，采用深度优先算法建立最大最小汉明距离样本集以建立回归模型。最后以航空发动机高压涡轮盘为例验证该方法有效性，试验证明这种样本选择策略能在保证建模精度前提下降低试验费用。

混合励磁同步电机的低速控制策略研究

郭栋, 张波, 王巍, 祁晓野

2019, 26(11): 2019-2024.

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为提高混合励磁同步电机低速时的带载能力，减小负载扰动以及变速运动对控制系统的影响，提出了一种基于负载转矩观测器的励磁电流给定策略与q轴电流前馈补偿策略的混合控制策略。采用降阶观测器在线辨识负载转矩，将辨识后的负载转矩作为混合励磁同步电机是否需要提高转矩输出判断依据之一；同时将辨识后的负载转矩及其变化率作为励磁电流给定输入与q轴电流前馈补偿，进而提高混合励磁同步电机的带载能力，同时也可以克服因负载时变对控制性能的影响。仿真结果表明，提出的低速控制策略可以有效地提高混合励磁同步电机调速系统的动态特性与鲁棒性

基于RBF神经网络的车内声品质预测及分析

张勇, 王坤祥, 欧健, 柳亚

2019, 26(11): 2025-2030.

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针对特种车车内声品质，提出了一种关于声品质客观评价参数对主观评价结果预测和影响权重的径向基函数（RBF）神经网络方法。首先对三辆不同类型特种车进行实车道路试验，用等级评分法进行主观评价试验，计算声品质的客观评价参数；然后搭建关于车内声品预测的RBF神经网络模型，以客观评价参数作为RBF神经网络输入，主观评价结果作为输出，通过仿真与声品质的主观评价值对比获得较好的一致性；最后利用各网络层间的连接权值，计算车内声品质客观评价参数对主观烦躁度的影响权重。探究表明：车内声品质主要受到总响度、响度和语言干扰级（SIL-4）3个客观参数的影响。

基于新型趋近律的非线性积分滑模控制方法

李逃昌

2019, 26(11): 2031-2035.

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针对一类不确定非线性系统的鲁棒控制问题，提出一种基于新型滑模趋近律的非线性积分滑模控制方法。首先，设计了一种非线性积分滑模面，保证系统在滑动模态阶段具有较好的性能。其次，提出一种新型快速滑模趋近律，证明了其有限时间可达特性。进而基于提出的非线性积分滑模面和新型快速滑模趋近律进行了滑模控制器设计，推导了闭环滑模控制系统存在有界干扰时的干扰稳定界。最后，通过仿真验证了所提方法的有效性和优越性。

MCMC粒子滤波的动力定位状态估计方法

杨奕飞, 鲍威尔

2019, 26(11): 2036-2040.

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状态估计是动力定位系统控制部分重要的一环，要让船舶保持在目标位置就需要获得准确的船舶状态信息。针对扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波等滤波依赖高斯逼近而无法适应船舶运动这类强非线性问题，选用基于贝叶斯估计的改进粒子滤波算法。针对标准粒子滤波的退化和贫化问题，引入马尔科夫链蒙特卡罗算法，构造马尔可夫链产生来自目标分布的样本，降低粒子间的关联性。仿真结果表明，改进的粒子滤波能够从包含高频运动信息和噪声的测量信息中分离船舶低频运动信息，滤波精度较高，稳定性较好。

盾构密封舱土压平衡控制模型的现状与展望

许胜, 刘宣宇, 黄越洋

2019, 26(11): 2041-2046.

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为实现盾构掘进过程的自动化、智能化以确保施工安全，必须构建有效的密封舱土压控制模型，这也是盾构技术研究的热点和难点之一。首先，从机理建模和基于现场数据建模两个角度，分别阐述盾构机密封舱土压控制模型的研究现状，对代表性的模型进行分析；然后，总结现有模型中存在和亟待解决的问题，如在不考虑土压平衡系统的时滞性、非线性、时变性等特性情况下建模，导致模型的鲁棒性和稳定性较差等问题；最后，对现有问题提出可行性方法，并对密封舱土压控制建模未来的发展方向进行展望。

基于GA-SVR的海水养殖过程软测量建模

李康, 王魏, 林少涵

2019, 26(11): 2047-2051.

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针对集约化海水养殖过程中水体氨氮浓度测量存在投资大、精度低、难以在线检测等问题，提出一种基于遗传算法和支持向量回归相结合（GA-SVR）的氨氮浓度软测量方法。该方法在对水产养殖水质影响因素分析的基础上，首先选取养殖水体中的水温、溶氧量、pH和电导率作为辅助变量，然后利用遗传算法对支持向量机模型中的惩罚参数C和核函数参数g进行寻优，最后采用SVR实现对水体氨氮浓度的预测。将其预测效果与BP、RBF神经网络以及基于网格搜索法的SVR模型进行对比，实验结果表明：基于GA-SVR的软测量方法更利于实现氨氮浓度的精确预测，有助于对海水养殖过程优化控制提供及时指导。

基于负载观测的矿用电机分数阶滑模控制

韩天亮, 缪仲翠, 余现飞, 张文宾

2019, 26(11): 2052-2060.

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矿用电机车是矿山地面与井下巷道重要运输工具，运行工况复杂、环境恶劣。为了改善电机车牵引电机速度控制性能，并提高系统抗扰性能和对参数变化的鲁棒性，提出控制系统的速度控制器用分数阶滑模代替传统PI控制，并设计了负载转矩观测器对负载转矩实时观测，将观测值融入到了控制中，提高了在负载突变时的速度控制能力。仿真实验表明，负载观测器能快速、准确的观测负载转矩，带负载观测的滑模转速控制对负载扰动有较强的抗干扰性，并有效抑制了滑模控制的固有抖振。

基于变论域模糊PID的三自由度直升机控制

戴波, 周泽彧, 陈亚峰, 李雁飞

2019, 26(11): 2061-2066.

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模糊控制作为解决三自由度直升机系统稳定性有效方法，但控制器在模糊规则确定的情况下无法保障系统轨迹的高精度追踪，存在只对某一工作区域局部优化的问题。对此设计变论域模糊PID控制器，通过伸缩因子调整论域，在初始模糊规则的基础上进行调整，增加规则的适用范围，获得更高的控制精度，并达到自适应效果，实现系统全局最优化。实验表明，变论域模糊控制能够更好地抑制稳态误差，提高响应速度，实现系统的稳定运行。

基于T-PLS的批次过程自适应优化策略研究

沈建, 褚菲, 代伟, 贾润达, 马小平

2019, 26(11): 2067-2072.

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提出一种基于(Total Projection to Latent Structure, T-PLS)的批次间自适应优化策略用于解决批次过程质量优化问题。由于批次过程的复杂性，模型和对象之间经常出现不匹配，进而导致了最优解必要条件（NCO）不匹配问题，最终致使优化结果只是次优。使用梯度修正方法弥补模型和对象之间的差异，同时为了保证操控变量在有效区间之内，引入了T-PLS的统计量、、作为硬约束条件。最后通过仿真实验，验证了所提

方法的有效性

基于程序性细胞死亡进化算法的路径规划

张晓, 刘作军, 陈玲玲, 杨鹏

2019, 26(11): 2073-2077.

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程序性细胞死亡进化算法模拟程序性细胞死亡的机理，人工设置3个基因算子对遗传算法进行改进。该进化算法吸收了生物学的最新成果，其优点在于解决了遗传算法容易陷入“早熟”的问题，并且在得到最优解的同时还可以获得若干次优解。将该算法应用于车辆路径规划领域，可以验证其可行性和有效性。

分布式驱动电动汽车综合性能转矩优化分配

黄开启, 罗良铨, 程健, 刘细平

2019, 26(11): 2078-2087.

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针对分布式驱动电动汽车在驱动滑转和电机失效时会引起驱动力下降及产生非期望横摆力矩，提出了一种以提高轮胎附着裕量和改善驱动性能的转矩分配策略。建立包含轮胎利用率和纵向驱动力2个性能的目标函数，基于广义横摆力矩决策控制，并在驱动防滑、电机失效、最大驱动转矩和路面附着的约束条件下，应用全局序列二次规划法(Sequential Quadratic Programming, SQP)求解目标函数。在Carsim和Simulink建立的分布式驱动电动汽车联合控制模型下进行了仿真试验，结果表明：该分配策略在保证车辆稳定性的前提下改善了车辆的动力性能，同时提高了车轮附着裕量。

基于零处理的联合式风力机LPV容错控制器设计

吴定会, 郑洋, 黄旭

2019, 26(11): 2086-2092.

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针对风力机系统多个桨距角传感器故障问题，提出基于零处理的联合式双层凸多面体(Linear Parameter Varying, LPV)容错控制器设计方法。首先通过对传统的风力机LPV模型的凸多面体顶点进行优化，构建出双层LPV模型，然后利用联合式的思想以及零处理的方法逐一设计各个子控制器，将各个子控制器凸结合得到最终控制器。该设计方法鲜明简洁，减小了模型的线性化偏差，解决了风力机系统多个桨距角故障的容错控制问题，保障了风力机的稳定运行。

基于模糊信息集成的网络舆情预测模型选择

秦丽娜

2019, 26(11): 2093-2098.

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针对属性值为犹豫模糊信息且输入变量之间存在相互影响和联系的网络舆情预测模型选择决策问题，首先基于阿基米德范数和Heronian几何平均，提出一种新的犹豫模糊Heronian几何平均（HFHGM）算子，并详细研究了HFHGM算子的一些基本性质；其次，探讨了HFHGM算子的一些特例，并引入了犹豫模糊加权Heronian几何平均（HFWHGM）算子；进一步，基于HFWHGM算子建立了一种新的犹豫模糊多属性决策方法，该决策方法不仅能够有效地捕获输入变量之间的相互联系，还使得决策者能够依据自身的风险偏好态度选择不同的参数进行决策。最后，通过网络舆情预测模型的选择实例验证提出的决策方法是可行的和有效的。

基于自抗扰控制耦合四旋翼姿态稳定性研究

史艳霞, 乔佳, 薛珑

2019, 26(11): 2099-2103.

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针对四旋翼无人机系统中内部不确定性因素使得难以建立系统模型，强耦合以及外部环境的干扰增加飞行器控制困难的问题，提出基于自抗扰的四旋翼无人机控制方案。通过分析四旋翼无人机系统数学模型，采用自抗扰控制策略，将及各个回路之间的耦合和内部不确定性因素及外部干扰视为扩张状态，并通过反馈补偿进行抑制扰动使系统近似为积分器串联型，然后利用非线性状态反馈控制器进行补偿。与传统PID对比仿真数据表明，自抗扰控制器对四旋翼无人机系统具有较好的控制效果，该控制策略具有较好的鲁棒性和动态性能。

一种在降质背景下的圆形目标定位方法

伍健, 付莲莲

2019, 26(11): 2104-2108.

摘要 ( )

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从数字图像中定位圆形目标是机器视觉领域中的一项重要任务。对常用圆形目标定位方法而言，从降质灰度图像中定位圆形目标面临着准确性较差的问题，针对该问题，提出一种采用轮廓差分概念的圆形目标定位方法。与其他方法相比，该方法不需要对图像进行降噪、反模糊和边缘提取等操作，而是直接从图像平面中计算轮廓差分，通过搜寻轮廓差分的极大值而实现圆形目标的定位。在降质图像上的实验表明，该方法比圆霍夫变换和EDCircles方法对噪声和模糊等降质因素的鲁棒性更好。

基于犹豫梯形模糊算法的入侵检测模型

姜明富

2019, 26(11): 2109-2114.

摘要 ( )

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针对犹豫梯形模糊信息环境下的入侵检测模型选择问题，构建了一种基于犹豫梯形模糊决策算法的入侵检测模型选择方法。首先，考虑到决策信息为犹豫梯形模糊数且属性间存在相互的关联，基于犹豫梯形模糊数的运算法则，提出了犹豫梯形模糊Einstein加权平均（HTrFEWA）算子和犹豫梯形模糊Einstein加权几何（HTrFEWG）算子；其次，针对犹豫梯形模糊数的有序位置存在具有不同权重的情况，构建了犹豫梯形模糊Einstein有序加权平均（HTrFEOWA）算子和犹豫梯形模糊Einstein有序加权几何（HTrFEOWG）算子，并讨论了其相应的基本性质；最后建立了基于HTrFEWA算子和HTrFEWG算子的多属性决策方法，并通过入侵检测模型的选择实例说明提出的决策方法是合理和有效的。

一种基于强化学习的深度信念网络设计方法

邢海霞, 程乐

2019, 26(11): 2115-2120.

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近年来，基于深度学习思想发展起来的深度信念网络(Deep Belief Networks, DBN)在人工智能和大数据预测分析中得到了成功的应用。由于DBN的隐含层数较多，传统的DBN有监督精调(Fine-tuning)方法—BP算法很难得到令人满意的学习精度，甚至会因为梯度扩散(Gradient Diffusion)导致精度调节失败，且网络鲁棒性差。针对此问题，提出一种基于强化学习策略的DBN模型(RL-DBN)及其算法。首先利用自适应对比散度(Adaptive Contrastive Divergence, ACD)算法来快速预训练DBN的隐含层以获取较优的初始权值，然后用强化学习算法代替BP算法对DBN进行精调以提高有监督学习的精度和网络的鲁棒性。实验结果表明，相较于现有的类似模型，RL-DBN在学习速度、精度以及鲁棒性能等方面均有较大提高。

车联网中RSU动态接入选择问题的研究

张颖, 李培嵩, 熊伟

2019, 26(11): 2121-2129.

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车联网中车与车以及车与基础设施间的实时通信问题越来越受到关注，而车辆的高速移动性和无线通信的不可靠性大大降低了数据传输效率。为了解决这个问题，针对路边单元(Road Side Unit, RSU)接入选择问题进行了研究，并提出了一种新的RSU接入选择算法，来合理调配车辆与RSU的连接。车辆选择RSU进行接入的常规方法是基于车辆的接收信号强度，但它未充分考虑车辆的高速移动性，这会导致接入RSU的车辆的数目大幅度变化。所以采用实时监测和预测相结合的方法合理调配RSU上连接的车辆，让每一RSU上连接的车辆数目波动幅度达到最小，并且保证RSU得到充分利用。仿真结果表明，此算法能够有效降低数据包碰撞、增强无碰撞传输概率、提高成功传包率。

UWSNs中基于线性规划的节点部署算法

徐义晗

2019, 26(11): 2130-2135.

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针对水域的固体污染物检测，提出基于混合整数线性规划的水下传感网络节点部署算法(Mixed Integer Linear Program-based 3D Underwater Wireless Sensor Networks Deployment, MILP-UWSNs)，其目的在于最小化水下传感节点数，并保证网络覆盖率。首先，将部署区域划分为多个子立方体Sub-Cubes，然后再利用混合整数线性规划计算Sub-Cubes的最小尺寸，并确保部署所有Sub-Cubes的收敛时间在可接受范围内。最后，分析MILP-UWSNs算法的有效性，并将MILP-UWSNs算法与常见的同类算法进行比较。实验数据表明，提出的MILP-UWSNs算法具有可扩展性，并且在部署成本，监控质量方面均具有良好的性能。

大数据环境下基于前缀树的频繁项集挖掘

黄彩娟, 刘卓华, 所辉, 杨滨

2019, 26(11): 2136-2140.

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针对大数据环境下频繁项查找效率低和可扩展性问题，提出了一种基于MapReduce框架运行的新分布式FIM算法。首先，使用前缀序列树来构建候选序列子集，避免了昂贵的扫描过程。接着，使用宽幅支持度的方法产生频繁项集，每个MapReduce迭代将修剪掉非频繁项集，显著地压缩内存消耗，以及每一个MapReduce作业的迭代时间。最后，在不同事务规模和支持度下，与不同算法进行实验对比。实验结果表明，提出的序列增长算法获得了良好的效率和可扩展性，特别是在处理大数据集和长项集方面。

考虑经济效益的模型切换分层预测控制策略

王妮, 安爱民

2019, 26(11): 2141-2146.

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针对商品价格波动引起整厂优化最优工况点偏移问题，提出了一种基于多模型切换的分层预测控制策略。优化层用SQP算法确定经济效益最大时的关键变量设定值。控制层将对象的整个工作区间划分为几个子区间，在子区间用小增益法建立相应子模型，根据输出误差指标切换模型，用子模型代替当前模型，跟踪设定值。基于多模切换的分层预测控制策略能够同时达到系统的经济优化和控制性能优化，提高了系统的综合经济效益。仿真结果验证了多模型预测控制策略在物料价格波动下可以保证生产过程的经济效益最大化的有效性，并对单模型控制策略和多模型控制策略进行了比较，分析了多模型控制策略对系统控制性能的影响。

一种PSS4B模型中ω输入信号的计算方法研究

李松

2019, 26(11): 2147-2151.

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一种电力系统稳定器（Power System Stabilizer, PSS）PSS4B模型中转速ω的计算方法，其实现过程计算量较少，在励磁调节器上实现灵活方便，为在发电机励磁调节器上实现PSS4B提供了一种较为简单有效的途径。通过在RTDS平台搭建模型进行试验，分别对比PSS4B对高、中、低三个频段低频振荡的抑制效果，结果表明以本算法求出的ω为输入信号的PSS4B对各频段振荡均有明显的抑制效果。

基于状态估计的微电网功率平衡自适应控制

朱义贤, 刘路登, 陈存林, 张炜, 王媛玥, 李淼, 叶海峰

2019, 26(11): 2152-2158.

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为实现微电网功率平衡自适应控制的有效性，提出一种基于网络状态估计的微电网功率平衡自适应控制。该算法充分考虑了通信网络拥堵/非拥堵性能，利用实时的网络状态估计，结合增益调度技术，使控制器能够适应通信网络状态的变化。然后，采用了移动平均阈值估计器，并提供了在拥挤/不拥挤两种PLC通信网络的情况下缓冲区长度和阈值选取方式。此外，我们开发了一个基于协商一致的多agent控制系统设计程序，确保所有评估状态收敛到参考状态值，从而确保评估状态参与的公平性。最后，通过仿真实验验证了算法性能的有效性。

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