当期目录

2020年 第27卷 第1期 刊出日期：2020-01-20

上一期  

基于正则化随机配置网络的球磨机工况识别

赵立杰, 邹世达, 郭烁, 黄明忠

2020, 27(1):  1-7. 

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随机配置网络（Stochastic Configuration Network, SCN）在不等式约束监督机制下能够自动快速构建万能逼近器，在大数据建模领域具有潜在优势。为了增强模型的准确性和稳定性，在经典随机配置网络基础上提出带有L2范数正则化的随机配置网络，改善输出权重最小二乘解析解的代数属性，避免模型过拟合的结构风险。针对大范围非平稳操作工况下球磨机负荷运行状态识别问题，使用正则化随机配置网络构建球磨机负荷运行工况识别模型。球磨机实验结果表明，所提出的正则项SCN模型在识别准确性和模型性能稳定性方面相对经典SCN和RVFL模型，具有相对优势。

直线一级倒立摆分数阶控制器设计及仿真

2020, 27(1):  8-14. 

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针对直线一级倒立摆的稳定控制问题，设计了分数阶比例积分(FOPI和FO[PI])控制器。首先，根据Newton力学方法建立了倒立摆系统的数学模型。然后，采用基于向量的增益鲁棒性分数阶控制器参数求解简化算法，设计了分数阶比例积分控制器。最后，在MATLAB环境下进行了分数阶比例积分控制器参数整定方法的有效性验证，并且对倒立摆系统分别采用分数阶比例积分控制器和整数阶PID（IOPID）控制器进行了稳定控制仿真实验，并将得到的摆杆角度响应曲线进行了对比分析。结果表明：分数阶比例积分控制器对系统的稳定控制效果优于IOPID控制器，且在分数阶比例积分控制器中，FO[PI]控制器对系统稳定控制最好，响应时间较快、振荡幅值较小且具有鲁棒性。

BDD算法在接触网失效风险评估中的应用

赵峰, 陈鲜, 王英

2020, 27(1):  15-21. 

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准确衡量与分析接触网系统失效的可能性与后果严重程度，并及时评估其失效风险，为制定风险控制措施提供理论依据。首先建立接触网失效故障树，然后由ITE规则生成BDD结构。通过自上而下递归访问BDD结构各结点来计算顶事件风险、基本事件的Birnbaum重要度和关键重要度。根据BDD算法编制C#程序，可得到接触网失效事故的发生概率和引发事故的关键因素。与割集方法相比，BDD方法不但能得到顶事件发生概率和基本事件重要度的精确值，而且计算速度快，过程简便。

异步电机定子匝间短路故障建模及检测研究

施永茜, 姜斌, 冒泽慧

2020, 27(1):  22-27. 

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为定子绕组匝间短路故障是典型的异步电机定子故障，及时地检测出故障并采取措施，才能保证电机的安全运行。在两相同步旋转坐标系下对匝间短路故障时的异步电机进行机理建模，并转化为状态方程的形式，基于CRH2型异步电机进行仿真研究，利用短路匝故障系数通过多模型匹配的方法进行故障检测。仿真结果验证了模型的准确性与有效性，并通过多模型匹配检测出异步电机的故障情况。

基于带惩罚因子椭球定界算法的软测量建模

睢璐璐, 韩东升, 程兰, 阎高伟

2020, 27(1):  28-33. 

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软测量模型的预测精度和泛化性能是软测量建模的2个重要指标。基于最优定界椭球的极限学习机算法(OBE-ELM)虽然克服了传统极限学习机建模预测精度不高、预测结果不稳定等缺点，但是传统OBE算法仅考虑模型误差最小化，未考虑模型的复杂程度，导致模型易出现过拟合现象。基于上述问题，首先针对噪声未知但有界的非线性系统，提出了一种带惩罚项的椭球定界算法(POBE)，在模型误差中加入惩罚项起到抑制参数增长太大和驱使不重要参数逐渐减小到零的作用，然后将POBE应用到ELM模型参数优化过程中。最后在信道参数估计实验和连续搅拌反应釜数据集上分别验证POBE及POBE-ELM有效性。

空间应用流体回路旁路控制算法仿真研究

郑桐, 赵黎平, 刘荣辉

2020, 27(1):  34-41. 

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针对复杂流体回路流量控制问题，设计了一种适应多种工况的改进型模糊PID控制器。应用集总参数法，使用液阻系数和热交换分别推导了空间应用流体回路流量和温度变化模型，同时建立了回路中离心泵、步进电动阀、液液热交换器等重要组件的数学模型。以此仿真模型为基础，基于模糊控制理论设计了一种结合阀门状态信号的改进型自整定模糊PID控制器，解决下游负载变化对主路影响的问题。文中对包括改进型模糊PID在内的4种控制算法效果进行了对比。仿真结果表明，改进型自整定控制方法控制效果最好，具有良好的非线性适应性，相比传统PID减少了实验柜阀门关闭前后50 %超调量和75 %响应时间。

一类时滞矩形广义系统的镇定

黎婕, 林崇, 陈兵, 赵鑫

2020, 27(1):  42-48. 

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为研究时滞矩形广义系统的镇定问题，首先引入时滞动态补偿器对系统进行反馈补偿，然后构建一个合适的Lyapunov-Krasovskii泛函，并选取先进的积分不等式来处理泛函导数的积分项，进而获得了以严格线性矩阵不等式(LMI)表示的时滞矩形广义系统的镇定条件。在此基础上，利用迭代线性矩阵不等式的算法计算动态补偿器和反馈增益的参数矩阵。最后，通过数值算例验证了方法的有效性和优越性。

基于观测器的双吊具桥吊时变滑模同步控制

岳雅雯, 徐为民, 陈天宇, 陈曦

2020, 27(1):  49-56. 

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为针对双起升桥式吊车双吊具同步运行过程中普遍存在的无法精确建模、系统参数变化、外部扰动未知等问题，采用交叉耦合策略，提出了一种基于非线性扰动观测器的时变滑模同步控制方法。首先，采用时变滑模控制保证了控制器的全局鲁棒性；其次，利用非线性扰动观测器观测聚合扰动，对控制器进行扰动补偿；此外，提出一种可动态适应控制系统变化的变增益趋近律，有效抑制了控制输入抖振、缩短了趋近时间。最后，利用Lyapunov理论证明控制器的渐进稳定性，并通过仿真结果表明了所提出方法的有效性，控制器在未知扰动存在的情况下仍具有良好性能。

基于自适应算法的BA网络模型及其聚类分析

段佳勇, 郭昉, 张晓宇, 柏柯

2020, 27(1):  57-63. 

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BA模型是经典的无标度网络模型，具有一定小世界特性，但聚类系数随着点数增多趋近于零。为进一步优化BA网络模型的平均路径长度和聚类系数的特性，设计了一种基于自适应算法的无标度网络改进模型。改进模型优化了系统与网络节点的关联度，通过计算得到关联度的最优值及此时网络各参数的值，从而获得理想的网络模型。通过对自适应算法中关联度的数学分析，可知系统平均路径长度呈带有条件的收敛状态。仿真结果表明，改进后网络模型在平均路径长度和聚类系数方面，有进一步优化。不同于BA无标度网络的是，改进模型优化后具有较明显的聚类特性，更符合小世界网络特性。

基于DP-RFR的多模型软测量建模

2020, 27(1):  64-69. 

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实际工业过程往往是一个多工况、非线性的大规模复杂系统，使得单一模型软测量建模方法难以充分挖掘数据信息。针对这一问题提出了一种基于密度峰(Density Peak, DP)聚类和随机森林回归(Random Forest Regression, RFR)的多模型软测量建模方法，从而对主导变量进行估计。首先，利用DP聚类算法对训练数据进行划分；其次，采用RFR方法建立各子类的回归子模型；最后采用开关切换的方法进行多模型融合。将提出方法应用于TE过程和丁烷蒸馏过程的软测量建模中，分别对产物G含量和丙烷含量进行估计。仿真结果表明估计精度得到提高，证明该方法是有效的。

基于图像的危化品堆垛三维几何动态建模

戴波, 李雁飞, 安海洋, 周泽彧, 刘学君

2020, 27(1):  70-76. 

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安全生产部门对危化品仓储堆垛五距（堆距、墙距、顶距、柱距和通道距）有严格的规定，通过对堆垛的三维动态几何建模描述其在仓库中位置的变化，可以达到动态的监管要求。提出了基于图像的堆垛三维几何动态建模，为建立像点与物点的对应关系，首先构建了五元组成像模型并提出了两点标定法，在标定好参数基础上首先求得物点坐标的解空间，再结合约束条件得到真实解空间，实现堆垛静态三维几何重建。然后对图像序列中堆垛箱体跟踪识别并三维几何重建，最终实现动态几何建模。

基于阻抗辨识的并联逆变器无功均分VSG控制

杨才明, 孙丽敬, 吴鸣, 余杰, 陶鸿飞, 罗刚, 章立宗

2020, 27(1):  77-83. 

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微电网作为“互联网+”智慧能源的重要补充，要求其在孤岛运行时，能够实现电压、频率有效支撑及负荷功率自动分配的功能。具有下垂特性的虚拟同步机(Virtual Synchronous Generator，VSG)控制由于具有惯性和阻尼环节，能够依据设计参数实现逆变器的功率自动分配，但由于微网内各逆变器连接线路阻抗的差异与变化，使得虚拟同步机控制无法仅依赖确定的下垂参数实现无功功率全工况均分。为此，提出一种改进的基于短时脉冲注入线路阻抗辨识的虚拟同步机无功-电压控制方法，通过预先辨识线路阻抗来补偿各逆变器产生的线路压降，实现了并联逆变器公共母线电压-无功下垂控制，以此来弥补线路阻抗压降对无功功率合理分配的影响。并对虚拟同步机控制下改进的无功控制原理及实现方案进行了分析，并通过仿真验证了方法的有效性。

炼钢-连铸中作业时间冲突的协调优化方法

罗小川, 桑美宁, 邓梦怡, 范宇昊

2020, 27(1):  84-91. 

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炼钢-连铸生产过程中可能因时间扰动导致调度过程出现时间冲突，动态调度后会使得连铸过程出现断浇，从而需要进行拉速与调度的协调优化。针对这2个问题，以断浇时间最小，冗余等待时间最小，连铸机拉速调整时间最小和拉速调整尽量平缓为目标，以生产工艺要求为约束建立数学模型。将模型分为2个部分求解：上层动态调度和连铸机拉速调整。调度部分通过求解简单的线性规划问题可得，拉速优化部分利用极大值原理求得精确解，从实验结果看出该协调优化方法的有效性和优越性。

KNPE算法在化工过程故障检测中的应用

李春阳, 夏丽莎, 李军祥

2020, 27(1):  92-97. 

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化工生产过程具有维数高、非线性强等特点。针对传统的邻域保持嵌入(NPE)算法对非线性数据特征提取不足的缺陷，引入高斯核函数，将数据由非线性的输入空间转换到线性的特征空间。核邻域保持嵌入(KNPE)算法在构建局部空间特征结构的基础上，能够更好地提取数据的非线性结构。通过以田纳西-伊斯曼(TE)仿真过程为例，构造 和SPE统计量进行故障检测，证明了KNPE方法比NPE和KPCA方法能够更快更准确的检测出非线性故障的发生。

基于多特征融合的电子布缺陷分类

郑敏, 景军锋, 张缓缓, 苏泽斌

2020, 27(1):  98-103. 

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针对传统的电子布缺陷分类方法效率低，稳定性差的问题，提出了基于多特征融合的电子布缺陷分类算法。首先，使用中值滤波对电子布图像进行预处理，滤除细节噪声，减少背景纹理的影响；其次，对预处理后的图像进行Canny边缘检测，利用Hu不变矩提取缺陷的几何特征；再利用尺度不变特征变换（SIFT）提取图像的纹理特征，使用K-means聚类后，构建电子布图像的词袋模型（BoW）；最后，将几何特征和纹理特征融合，并传入SVM中进行训练，得到相应的电子布缺陷分类模型。实验结果表明，应用多特征融合的方法对电子布缺陷进行分类，其平均准确率可达97.22 %，能够满足企业的实际需求。

电涡流式纸币厚度传感器设计

赵祚喜, 刘雄, 肖灿, 潘翔, 赖琪, 可欣荣

2020, 27(1):  104-108. 

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点钞机主要依靠磁性安全线、磁性油墨、光学特征等特征来识别伪钞，部分伪钞或残旧钞票粘贴有大小、位置不同的透明胶纸也要区分，难以通过现有技术识别。设计了一种多段机械式厚度传感器，将纸币的厚度转化为机械位移，利用基于TI公司的LDC1000电感数字转换器组成的精密位移传感器实现纸币不同部位厚度的定位检测。首先阐述了机械式厚度传感器的结构与工作原理，并介绍采用TI公司提供的WEBENCH®Designer LDC1000工具设计传感器电路系统。初步试验结果表明，该传感器可在1 mm检测范围内达到优于5 μm的分辨率，检测速率达到10 kHz，满足纸币厚度检测要求。

基于迭代学习的风洞马赫数控制方法

易凡, 李欣蕊, 杜宁, 郁文山

2020, 27(1):  109-113. 

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SCR烟气脱硝系统鲁棒抗干扰控制研究

马增辉, 徐慧仪, 朱润潮

2020, 27(1):  114-120. 

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选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，SCR)技术是目前火电厂广泛采用的烟气脱硝方法，SCR脱硝系统反应过程复杂，具有大惯性、大迟延、强扰动和不确定性等特点，传统的PID控制无法实现喷氨量的精确控制。因此提出了一种SCR脱硝系统的鲁棒抗扰动控制方法，在设计鲁棒PID控制器的基础上，利用鲁棒时滞滤波器来达到抑制系统强干扰的目的。仿真实验表明，鲁棒时滞滤波器的加入改善了系统的动态性能，同时使得系统具有突出的抗干扰能力。该方法结构简单、整定方便、鲁棒性好，值得在工程应用中推广。 

基于PLCopen的电子凸轮功能块算法的研究

陈 梅, 王舒润

2020, 27(1):  121-126. 

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数控机床及工业机器人的核心是其运动控制系统，为了提高运动控制系统的性能，依据PLCopen定义的MC运动控制规范，结合SoftPLC和运动控制编程，设计并实现了MC运动规范Part2部分中周期性和非周期性位置协同的电子凸轮，并在非周期性电子凸轮中采用三次样条插值算法拟合非周期性曲线。首先，采用C#语言设计功能块的框架；然后，采用C/C++为编程语言给主轴进行运动规划并且在非周期条件下将离散点拟合成一条曲线，整个控制程序在ProConOS eCLR内核中运行；最后在上位平台Multiprog中调用功能块让主从轴协同运动。实验结果表明，这种电子凸轮功能块在工业控制中既可以按照预定轨迹周期性运动，也能仅仅依据关键点位置进行非周期性运动，并且速度平滑无突变，应用前景广泛。

磁悬浮球系统的非线性自适应控制方法

吕治国, 龙志强

2020, 27(1):  127-133. 

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针对磁悬浮球系统被控对象变化时控制器自适应问题，提出了一种反馈线性化和在线参数辨识相结合的非线性自适应控制方法。基于状态反馈精确线性化方法建立磁悬浮球系统的数学模型，通过状态反馈设计了一种非线性控制器，并给出了控制器参数的在线辨识方法。MATLAB平台上在线实验结果表明，与反演滑模自适应控制方法相比，提出的方法无须在平衡位置近似线性化，可以在平衡位置实现对不同对象的自适应控制，且具有理想的稳态调节性能。

基于粒子群优化的立体管状织机引纬系统

周其洪, 欧思凡, 李青青, 孙志宏, 陈革

2020, 27(1):  134-137. 

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为满足立体管状织机中引纬机构和开口机构的严格运动配合关系要求，设计了一套数字化控制的自适应引纬系统。系统基于伺服电机通过减速机构，同步带轮和齿轮柱等机构驱动引纬梭子运动，利用编码器实时获得位置信号，通过微控制器STM32F407进行控制。运用自适应控制算法，以时间乘绝对误差积分准则为精度标准，引入粒子群优化算法迭代寻优，实现了系统控制参数的自整定。研制的系统经长期运行证明可保证立体管状织机引纬机构和开口机构的同步控制要求，能很好满足立体管状织造要求。

四旋翼飞行器自适应滑模控制设计

古训, 郑亚利, 陈雨青

2020, 27(1):  138-142. 

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针对四旋翼飞行器姿态模型建模误差以及外部扰动不确定性的特点，提出了一种基于自适应滑模的非线性控制器。采用参数自适应控制方法逼近系统中的建模误差项，滑模控制方法进一步抵消系统建模误差以及外部不确定扰动项。并采用李雅普诺夫稳定法证明了所设计的控制器能够实现全局渐近稳定。最后，通过四旋翼姿态飞行实验，验证了文中所提出控制方法的有效性，能够实现小型四旋翼姿态的稳定控制，其抗扰性能优于传统PID控制。

永磁同步电机脉振高频电压注入转子位置检测

柴俊, 江延宇, 彭艳

2020, 27(1):  143-147. 

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永磁同步电机的转子位置检测精度直接决定了电机能否平滑起动，为提高转子位置检测精度，提出了基于脉振高频电压注入的表贴式永磁同步电机转子位置检测方法。向永磁同步电机定子绕组中注入脉振高频电压信号，通过电机 轴磁路饱和程度的差异，实现永磁同步电机转子初始位置的检测。实验结果表明提出方法的转子位置检测精度高，适用于永磁同步电机的无传感器起动及低转速稳态运行。

基于犹豫模糊几何算法的网络系统决策模型

郜亚丽

2020, 27(1):  148-154. 

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针对决策信息为犹豫模糊信息且准则之间存在相互关系的多准则群决策问题，提出了一种基于阿基米德T-范数和S-范数的广义的犹豫模糊信息几何B-平均（GHFGBM）集成算法，构建一种新的计算机网络系统选择决策模型，提出的GHFGBM不仅在信息集结的过程中能够考虑到输入变量之间的相互联系，还能够使得该模型方法应用于其他领域。在此过程中，研究了GHFGBM算法的几种基本特性，比如置换不变性、单调性、有界性和幂等性等等。紧接着，分别对参数和加性算子赋予不同的数值和函数，详细分析了GHFGBM算法的一系列常用算子表示。最后结合对计算机网络系统更新方案的选择实验，验证了提出的选择决策模型是合理的且是有效的。

基于离散动态规划的航班多级签派策略优化

陈华群

2020, 27(1):  155-161. 

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飞行签派是航班运行控制的核心，为实现放行和动态控制策略的全局规划及定量评价，改变传统人工经验解读规章手册的定性技术手段，构造航班受签派策略影响下的二维状态转移路线；提出最短路径的离散动态递推规划数学模型，建立最小费用逆序递推的离散最优控制算法，运用数值计算方法得到表格形式的签派优化策略，解决了航班运行决策这类非线性、离散复合动态规划问题的定量评估和组合优化。最后，采用仿真实验测试算法的可行性和优化效果，实验结果表明，对比独立分阶段的遵照时间序列的运行方式，基于离散动态规划的航班多级签派策略贯穿于航班运行整个生命周期，实现全局优化。

基于改进量子粒子群算法的Nash均衡研究

张 垒

2020, 27(1):  162-167. 

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在N人非合作博弈Nash均衡问题求解过程中，将量子不确定性原理、协同演化以及免疫算法内的抗体浓度抑制机制引进到经典粒子群算法中，设计了一种新型改进量子粒子群算法来更好地处理Nash均衡问题。该算法在运算过程中，运用抗体浓度以及协同演化的方式来维系粒子群具备的多样性特征，并借助量子不确定性缩减迭代搜索耗时。该算法不仅有效地将粒子群算法运算简单与方便实现的特质承继下来，而且算法的收敛速度以及其全局搜索能力都获得了大幅度的提升。相关数值算例分析表明，改进的算法能够更好地处理粒子早熟，相较遗传算法以及免疫粒子群算法更具性能优越性。

余琦，张迎平，吴佼，冯晓文，孙跃进，孙文勇，姜亚彤

2020, 27(1):  168-173. 

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随着大数据时代的来临以及信息安全问题的凸显，企业“去IOE”的意愿不断上升。考虑到实际情况，不同国家、不同行业对待“去IOE”有着不同的进程。自阿里巴巴正式提出“去IOE”的概念，并成功实践后，围绕“去IOE” 的研究和应用不断增多，以联想、阿里、华为为代表的国产企业在服务器、数据库、存储器领域竞争力不断增强，为“去IOE”提供了成熟的产品和服务，对比介绍不同领域“去IOE”的进程，针对“去IOE”的难点和应用进行分析，总结主流的解决方案，并结合大数据时代趋势，展望“去IOE”的未来。

基于MQTT和ILZ4压缩法的智慧能源云平台

卢阿丽, 顾德林, 张剑书, 霍瑛

2020, 27(1):  174-181. 

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为了适应数据规模大、响应要求快的智慧能源场景，提出了一种基于消息队列遥测传输（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）消息传输和(Improved Lempel-Ziv4，ILZ4）压缩法的智慧能源云平台。在物联网与云平台之间的数据通信中引入了MQTT协议，设计了基于MQTT协议的消息队列架构和消息流的上传/下载过程，利用引入的ILZ4压缩法可集成到信息存储和消息传输任务中，实现大规模监测信息流的实时压缩和传输。300万个监测数据点作为云服务器的测试数据流进行实验，实验结果表明，所提方法在吞吐量和压缩比性能上更优，从而可快速降低大规模数据的存储成本和传输开销，同时，所提平台为智慧能源应用提供一种良好、通用和可扩展的解决方案。

犹豫模糊核C-均值聚类用于数据库系统选择

邓小燕

2020, 27(1):  182-187. 

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在处理属性值为犹豫模糊信息的聚类分析问题过程中，一般性的犹豫模糊聚类算法在样本空间层面处理过程中存在消耗时间长、距离结果不精确等不足。为了解决这一问题，建立了一种新颖的犹豫模糊聚类算法，即犹豫模糊核C-均值聚类算法，该算法运用核函数将样本空间中的数据映射到一个高维特征空间。结果显示，通过提出的犹豫模糊核C-均值聚类算法能够扩大不同样本之间的差异，并且使得聚类结果更加准确。最后，通过数据库系统选择的仿真实验，验证了所提出的犹豫模糊核C-均值聚类算法的可行性和有效性。

自主路径规划的同步机械臂的研究与实现

2020, 27(1):  188-193. 

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为了解决卧床老人或者病人无人照顾，并且提高其生活自理能力的问题，提出一种具有自主路径规划的同步机械臂的研究与实现。使用者通过手机APP指定移动机械臂到达目的地后，通过手臂上的同步装置指导机械臂同步执行本体手臂行为，进行物体的抓取工作。采用密集无源RFID标签定位方法在室内布置4*4 m²的RFID标签阵列，基于模糊逻辑控制进行路径规划，实验结果表明本系统可以帮助使用者完成生活中90 %的抓取工作。

基于相关系数的多变量异常数据段的检测

庞向坤, 黄越, 王振, 余彦, 高嵩

2020, 27(1):  194-200. 

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工业报警系统普遍存在报警过多的问题，为了获取过程变量的正常与异常历史数据段，从而设计工业报警系统的动态报警阈值，进行性能评估和优化，提出了一种基于过程变量之间的相关系数进行异常数据段检测的改进方法。该检测方法将相关系数和数据段长度作为分段依据，对过程变量的多元时间序列进行分段，采用Spearman秩相关系数获取变量之间的相关关系，从而检测出不符合正常趋势的异常数据段。仿真算例和工业案例表明该方法可真实地反映过程变量之间的相关关系，并准确检测出所存在的异常数据段。

基于ROF离群组检测的低压配电网拓扑校验

郭屾, 林佳颖, 王鹏, 张冀川, 陈蕾, 唐国静

2020, 27(1):  201-206. 

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目前现有的低压配电网拓扑结构校验方法中，多是从高级量测体系（Advanced Metering Infrastructure，AMI）中获取待校验台区用户最近一段时间的电压序列数据，通过计算数据之间的相关系数来度量不同用户电压曲线之间的相似性。但是，用户是否属于同一台区的相关系数阈值难以确定，且现有的局部离群点检测（Local Outlier Factor，LOF）算法无法检测出离群组用户。因此，提出一种基于环域离群组检测（Ring Outliers Factor，ROF）的低压配电网拓扑校验算法，利用电压序列数据之间的相关系数作为ROF算法中的相关性度量，分析用户环域内的离群程度，从而校验出所属台区错误的用户组，可有效的验证电网GIS系统中用户与台区变压器拓扑连接关系的正确性。