当期目录

2020年 第27卷 第02期 刊出日期：2020-02-20

上一期  

基于暗通道先验的大气退化图像去雾新方法

谢立, 熊刚, 于波, 朱凤华, 胡斌

2020, 27(02):  207-211. 

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在雾、霾等恶劣天气条件下采集的图像会严重降质，极大的影响图像的实用价值。为提高大气退化图像质量，针对雾天大气退化图像的去雾问题开展研究，首先探究了雾天成像的基本原理，接着，通过分析暗通道先验原理，提出了一种结合峰值信噪比的暗通道先验去雾改进算法，用以有效提高去雾后图像的细节清晰度，最后，通过与直方图均衡、多尺度Retinex等图像增强算法和传统暗通道先验算法进行仿真比较分析，来验证算法的有效性。

牵引电机结构损伤降阶模型和复合故障分离

张坤鹏, 姜斌, 陈复扬

2020, 27(02):  212-217. 

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针对牵引电机结构损伤引起的一类非线性耦合问题，提出了一种新的复合故障分离方案。通过引入电机相对平衡因子和大数据驱动的分类算法，该方案首先建立了牵引电机结构损伤下的降阶模型。联合Delta域故障模型和支持向量机动态补偿模型，并借助故障可分离条件和阈值确定方法完成对复合故障的分离。最后通过牵引电机故障注入平台的真实数据进行实验，实验结果表明了所提方法的有效性。

基于图像电熔镁炉欠烧工况的判别系统

郭章, 王克栋, 程盟盟, 刘晓丽, 卢绍文

2020, 27(02):  219-225. 

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筹备期短生命周期体验品区间信度需求预测

唐中君, 董顺朋

2020, 27(02):  226-233. 

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缺乏历史销售数据且影响变量模糊难以保证筹备期短生命周期体验品点需求预测方法的有效性。针对该问题，提出了一种结合粗糙集与证据理论的筹备期短生命周期体验品区间信度需求预测方法。该方法使用粗糙集获取样本各变量信度分配函数值；使用证据理论将各变量信度分配函数值进行合成，得到各样本的综合信度值；使用训练集样本综合信度值构建分类区间，判断测试集样本综合信度值归属区间，得到测试集分类信度区间结果。选取2016~2018年621部国产电影验证了方法的有效性；交叉验证结果显示方法具有良好的准确性。

连续线性时不变系统迭代容错鲁棒控制

殷春武

2020, 27(02):  234-239. 

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对存在状态干扰和执行器故障的连续线性时不变系统，给出了D型开环迭代学习控制律收敛的充分条件。在λ范数意义下，分别给出了系统状态和理想状态之间的初值相等和初值存在有界偏移时，D型开环迭代学习控制律收敛的充分条件；理论证明，在λ范数意义下，初值相等和初值存在有界偏移，迭代控制律的收敛条件相同，仅故障系统输出与期望轨迹的跟踪误差上界存在差别。基于Schur补原理，给出确定迭代控制增益的线性矩阵不等式，以快速计算给定收敛速度下的最优控制增益。数值仿真验证了该控制策略的容错性和鲁棒性。

基于对偶主题空间的PLS图像标注方法

曹瑛

2020, 27(02):  240-245. 

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为提高图像标注精度，针对如何融合图像文本特征和视觉特征的问题，提出基于对偶主题空间的图像标注技术。首先将图像的视觉特征与文本标注表示为同一对象的两种视图方式，运用偏最小二乘(PLS)的多元统计分析理论，考虑两个特征空间之间的语义对偶关系，抽取得到双模态共有语义信息；然后在双模主题构成的对称空间上构建一个非概率主题标注模型；最后，待标注图像根据视觉特征在对偶主题空间的投影计算出标注的预测向量，设置阈值得到标注关键词。在公共数据集Core5K上进行算法性能的测试，实验表明，基于对偶主题空间的标注算法可以有效提高图像标注的性能和标签准确的个数。

基于PCA-SVM算法的马铃薯形状分选

许伟栋, 赵忠盖

2020, 27(02):  246-253. 

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马铃薯形状是马铃薯分级的重要指标之一,本文利用机器视觉技术根据形状对马铃薯进行分选。提出一种结合主成分分析-支持向量机(PCA-SVM)算法的马铃薯形状分选方法。该方法提取单个马铃薯区域内11维表征形状的特征向量，并利用主成分分析(PCA)法对特征向量进行降维，提取出形状的主成分特征，然后，将主成分特征带入支持向量机(SVM)进行建模，并利用网格搜索法(GS)对SVM进行参数优化。检测中，采用十折交叉验证(CV)算法依次将马铃薯样品图片带入PCA模型和参数优化好的SVM模型，实现对马铃薯的分类。实验结果显示，提出的算法具有较强的可行性，分选速度快且准确率达97.3 %，能用于马铃薯自动化分级。

混合果蝇算法求解分布式异构并行机调度

黄元元, 钱斌, 吴丽萍, 胡蓉

2020, 27(02):  254-263. 

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以工业生产中面临的实际生产问题为背景，提出了分布式异构并行机的调度问题模型，进而针对该问题设计了一种混合果蝇优化算法，用于最小化最大完工时间。在算法中，首先，在初始化阶段加入竞争机制，有效地提高了初始解的质量；其次，在嗅觉搜索阶段引入了自适应搜索半径，实现了对解空间的有效搜索；最后，在更新阶段融入了三阶段局部搜索，使全局搜索和局部搜索达到了较好平衡。仿真实验和算法比较验证了所提混合果蝇优化算法的有效性和鲁棒性。

改进的HVD在滚动轴承故障诊断中的应用

肖璞, 殷立

2020, 27(02):  264-270. 

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针对希尔伯特振动分解(Hilbert Vibration Decomposition, HVD)在Hilbert变换及低通滤波过程中容易产生端点效应的问题，提出一种改进的希尔伯特振动分解(Improved Hilbert Vibration Decomposition, IHVD)方法。该方法分别在Hilbert变换、低通滤波及同步检测3个过程采用镜像对称延拓方法对信号进行端点预处理，消除Hilbert变换及低通滤波处理时带来的边界效应，随后将Hilbert变换及低通滤波处理后得到的瞬时频率作为参考频率，最终通过同步检测及迭代运算获得若干个幅值大小不同的分量信号。通过仿真信号和滚动轴承故障实验数据的分析结果表明，IHVD方法在振动信号分解及端点效应抑制方面具备较好的性能，并能有效地诊断出滚动轴承的内外圈故障，具备一定的实际应用价值。

基于超扭曲算法的解耦非奇异快速终端滑模

涂宇, 王怡, 吴志海, 罗斐

2020, 27(02):  271-277. 

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针对一类四阶欠驱动系统解耦终端滑模控制存在的奇异现象和滑模抖动问题，提出了一种新型的超扭曲解耦非奇异快速终端滑模控制(Super Twisted Decoupled Nonsingular Fast Terminal Sliding Mode Control, STDNFTSMC)。将欠驱动系统分为两个子系统分别设计非奇异快速终端滑模面，利用其中一个子系统滑动面的饱和函数来构造一个中间变量，将该变量引入到另一个子系统的滑动面中，构造出整个系统的滑动面。采用等效控制法和超扭曲趋近律求解系统的控制律，有效的消除了抖振现象，提高了系统的鲁棒性。利用Lyapunov方法证明了各系统滑模面的渐近稳定性，仿真实验验证了该方法的有效性。

时滞非线性随机系统的无限时间H2/H∞控制

朱怀念, 李方超, 张成科

2020, 27(02):  278-287. 

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研究了一类噪声依赖于状态、控制和干扰的时滞非线性随机系统的H2/H∞控制问题。首先，借助于4个耦合的Hamilton–Jacobi方程组（HJEs）得到了带时滞的非线性随机H2/H∞控制存在的充分性条件。然后，基于T–S模糊模型给出了噪声依赖状态和控制的时滞非线性随机系统的H2/H∞控制器的设计方案。控制器的设计可通过求解一组线性矩阵不等式（LMIs）获得，从而避开了求解耦合HJEs的困难。最后，数值仿真算例验证了文中所得结论的有效性。

求解置换流水车间调度的离散狼群算法

谢锐强, 张惠珍

2020, 27(02):  288-296. 

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针对置换流水车间调度问题的具体特性，模拟自然界中狼群捕猎行为设计了一种离散狼群算法。采用基于工件序列的编码方式，反向学习初始化种群提高算法收敛速度。对原始狼群算法中游走行为、召唤行为、围攻行为进行重新设计，使得算法不易陷入局部最优。同时，运用Taguchi试验设计方法对算法参数设置进行灵敏度分析，并确定出最优的参数组合。最后，运用离散狼群算法对Car、Reeves以及Taillard标准测试集进行仿真测试，与其他智能优化算法进行比较，验证了所提出算法的可行性，为求解置换流水车间调度问题提供了更加有效的一种方法。

含风光系统发用电一体化调度

刘小瑞, 苏永新, 谭貌, 乔海祥

2020, 27(02):  297-302. 

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风电、光伏出力具有不确定性，本文针对由此导致的可用功率与系统自然负荷失配的问题，综合风电、光伏、火电等发电侧资源和电动汽车、可调节负荷等需求侧资源，提出了一种发用电互动的一体化调度模型。一方面，基于模糊机会约束规划，将风电和光伏出力的不确定性进行清晰等价。另一方面，在优化目标中综合考虑发电和用电的成本，在约束条件中嵌入发电侧与用电侧互动机制，从而以较低的成本改善可再生能源出力与负荷的供需关系。用数字仿真测试了电动汽车和需求响应参与程度对调度结果的影响，结果说明提出的方法既能促进负荷与风电、光伏出力的匹配，也能有效提升发用电经济性。

基于X86的分布式存储的数据库平台架构

罗伟, 饶冰, 蒋破荒, 齐明, 姚婷婷, 姜亚彤

2020, 27(02):  303-308. 

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随着国内外信息安全问题愈渐凸显，信息系统设备国产化、信息运维自主化需求日益迫切。同时，随着信息系统应用的不断深入，显著增加的用户量、业务量等致使系统性能出现瓶颈，性能优化工作亟不可待。在国内有很多成功案例都受制于第三方集成公司，软件闭源、可控性低。由此提出了基于X86的分布式存储的架构平台优化方案。该方案采用分布式存储，在计算节点、存储节点及交换机采用多结点冗杂，还采用了主备库的双活高可用数据库系统，增加了系统的可靠性，降低运维成本，实现了信息通信的深度自主运维。优化方法可行性分析的实验证明，新平台优化方案始终优于现有的相关优化方案。

基于自适应终端滑模的扑翼飞行器姿态控制

王丙元, 张帅华, 郑芳, 李霞

2020, 27(02):  309-315. 

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针对高度非线性，内部模型参数扰动及外部干扰的扑翼飞行器姿态控制，按照时间尺度分离原则，提出自适应加权趋近律终端滑模控制方法。根据调节时间大小分别设计系统内环路和外环路滑模控制器。结合幂次与指数趋近律设计自适应加权趋近律以消除抖振并提高系统跟踪速度。对系统模型参数扰动进行自适应在线估计，补偿滑模控制器的输出，以减小系统稳态误差。仿真结果表明自适应终端滑模控制不仅消除滑模抖振，而且能有效克服外部和内部扰动带来的影响。

航站楼安检吞吐量瓶颈分析及时空优化

胡艳敏, 井儒东, 王凡, 关静, 宋庆功

2020, 27(02):  316-322. 

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航站楼安检吞吐量的问题一直是人们关注的焦点。为优化机场安检流程，减少安检通道数量，降低运行成本，提出了基于Petri网和排队论的优化模型。利用Petri网构建了同构的马尔科夫链对安检流程进行分析，将Petri网模型中的令牌、库所、变迁分别映射为旅客与行李、旅客与行李所处的状态、安检的每一个步骤，分析安检流程的限制因素所占权重，找出了安检流程瓶颈，提出新的模型，并验证其可靠性。在保证模型可靠性基础上，对安检布局进行了分析，并对其布局规划进行了调整。结果表明，Petri网中的令牌数和变迁利用率的标准差减小，等待时间趋于平均化从而提高了效率。根据排队论，对开放通道数量进行优化，从而给出相应的改进措施。

四级闭环供应链质量控制模型及利润决策

董海, 徐德珉

2020, 27(02):  323-328. 

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针对供应商、制造商、销售商和回收商组成的四级闭环供应链系统，运用系统动力学方法解决四级闭环供应链质量控制问题。首先通过Vensim软件绘制四级闭环供应链质量控制的因果回路图，并分析各影响因素之间的关系及模型边界；其次输入各变量间的方程式，进一步建立四级闭环供应链质量控制的系统流图和模型，并测试模型的合理性和真实性；最后通过数值算例，验证了原材料质量波动水平和服务质量水平的改进可以提升四级闭环供应链各级成员的总利润，同时也能够使闭环供应链整体绩效得以改善。

基于改进克隆选择算法的仓储布局优化设计

曹霞, 曹民

2020, 27(02):  329-334. 

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为克服现有仓储布局优化策略存在的诸多缺陷，提出一种基于引入疫苗策略的改进克隆选择算法，通过在疫苗选取和接种过程中采用轮盘赌算法、克隆增殖过程中结合抗体亲和度和抗体浓度计算克隆规模、克隆抑制保留优良抗体、引入随机抗体等优化策略，提高了运算的收敛速度和寻优效率，增加了种群多样性，该算法实现满足存取作业需求和给定条件约束的仓储布局。仿真试验及对比分析表明，该算法收敛速度更快、存取路径更短，因而仓储效率更高。

基于多种群遗传算法的虚拟机优化部署研究

董浩, 李烨

2020, 27(02):  335-341. 

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云环境中虚拟机部署问题直接影响数据中心的整体性能。针对虚拟机间亲和互斥关系提出虚拟机亲和度概念，综合考虑物理机负载均衡度，结合罚函数法思想，提出一种基于多种群遗传算法的优化部署策略。同时，为了避免陷入局部最优，对最优个体进行高斯学习。仿真结果表明，提出的多种群遗传算法获得了很好的物理机负载均衡度，可满足虚拟机之间存在亲和与互斥复杂关系时的部署要求，同时具有较强鲁棒性和较高收敛速度，能有效解决云环境中虚拟机部署问题。

非线性系统的改进多模型扩展Kalman滤波器

宁子健, 冯肖亮, 文成林

2020, 27(02):  342-346. 

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针对这样一类非线性系统：状态方程由线性部分和非线性部分构成，测量方程为线性方程，提出了一种基于系统模型拆分的多模型扩展卡尔曼滤波器算法(SMMEKF)。首先，在现有方法的基础上提出了一种改进的多模型扩展卡尔曼滤波方法(IMMEKF)。然后,依据状态方程把原系统拆分为线性子系统与非线性子系统；在时间更新阶段，对线性子系统使用卡尔曼滤波算法进行预测，对非线性子系统使用改进的多模型扩展卡尔曼滤波算法进行预测；在测量更新阶段，采用交替式更新的方法逐步对非线性子系统与线性子系统的预测值进行校正。最后的仿真对比分析了两类方法处理非线性系统滤波问题的性能。

具有时变拓扑结构的多无人机姿态同步控制

任斌, 林达, 谭拂晓, 刘德荣

2020, 27(02):  347-354. 

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通过代数图论建立通信拓扑，进行多无人机的一致性协议及其协调控制，一直是自动控制领域研究的热点。由于无人机的姿态动力学模型是一个欧拉四元组，因而多无人机的姿态同步控制器设计十分有挑战性。在时变通信拓扑条件下，对多无人机的姿态同步控制问题进行了研究，分析了姿态同步的一致性实现条件，设计同步控制算法。在无向、时变通信拓扑条件下证明了控制算法可以实现多无人机的姿态同步并且使最终角速度收敛于零。在此基础上，针对多无人机在切换周期固定、时变、快速时变、较慢时变以及通信拓扑中存在孤立点等不同情况下的姿态同步问题进行计算机仿真，验证了该姿态同步控制算法的有效性和鲁棒性。

SCR烟气脱硝系统多模切换DMC-PID串级预测控制

侯鹏飞, 贾新春, 白建云, 王琦

2020, 27(02):  355-360. 

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在当前燃煤机组参与深度调峰的背景下，针对SCR烟气脱硝系统的非线性、时变性与大迟延特性，提出一种用于变工况运行的多模切换DMC-PID串级预测控制方法。首先采用系统辨识方法建立不同工况下SCR脱硝系统的局部线性模型；其次依据二次最优控制原理设计各工况点的DMC-PID控制器参数；最后根据机组负荷指令设计切换条件，通过多模切换控制方法实现脱硝系统在变工况时的DMC-PID串级预测控制。研究结果表明，与未采用切换控制的DMC-PID串级预测控制和采用了切换控制的串级PID多模切换控制相比，在机组变工况运行时，多模切换DMC-PID串级预测控制具有变工况输出波动小、超调量小、调节时间短、快速性好、抗干扰能力强、鲁棒性好等优点，适用于具有非线性、时变性、大迟延特性以及变工况运行的工业过程控制。

计及孤岛微电网不确定性的储能容量优化

高 敏, 鲁怀伟, 乔垚, 邹文杰

2020, 27(02):  361-367. 

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从平抑新能源出力随机波动的角度出发对储能装置的容量进行合理规划，采用新能源-储能系统的联合概率模型描述微电源出力。简化传统随机潮流多输入随机变量的相关性控制方法，提出一种基于改进样本排序方法的概率潮流计算。针对减小系统有功损耗、降低节点电压越限概率并考虑储能装置运行成本构建多目标优化模型，并采用结合混沌优化和线性递减惯性权重的粒子群算法进行求解。最后Matlab中进行了算例分析，结果表明结合联合概率模型的随机潮流方法能够有效求解多目标优化模型，在满足约束条件的前提下，抑制了系统的不确定性。

求解双代理带到达时间的并行机问题

张佳, 钱斌, 胡蓉, 吴丽萍

2020, 27(02):  368-373. 

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研究了并行机情形下工件带释放时间的双代理调度问题及其求解方法，问题的优化目标为在代理B的工件总完工时间不超过一定值情况下最小化代理A的总完工时间。首先，证明了在单机条件下该问题即为NP-难问题；然后，采用动态规划方法分别给出了求解问题的拟多项式时间算法，并进一步给出了完全近似算法。

一类分布式零等待流水线自适应EDA调度

张振磊, 摆亮, 胡蓉, 钱斌, 车国霖

2020, 27(02):  374-379. 

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随着经济的发展，在各行各业中分布式生产变得越来越普及，我们将更多的注意力放在分布式生产模型之上。为求解带有序相关设置时间和到达时间的零等待分布式流水线调度问题(No-wait Distributed Flow Shop with Sequence Dependent Setup Times and Arrival Times, NDPFSP with SDSTs and RDs)，提出了一种自适应的分布估计算法(Adaptive Estimation of Distribution Algorithm, AEDA)，用于最小化最大完成时间。首先，提出了更加适合于带到达时间问题的最早完成工厂问题的带有到达时间的最早完成工厂(the Earliest Completion Factory with Arrival Time, ECFAT)规则，使得解的生成过程有适当的判断，更加快速地提高当前代生成解的质量。其次，针对不同的问题规模进行局部搜索的深度做出相应的调整，使得在不同的规模下算法都能有很好的局部搜索能力。

基于周期性ARMA-SVR模型的空调冷热负荷预测

甘中学, 喻想想, 许裕栗, 李德伟

2020, 27(02):  380-385. 

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工业用户的空调冷热负荷预测对于有目的的节能减排有重要作用。由于用户的冷热负荷数据具有非线性、外界干扰多且呈日周期性的特点，采用传统的ARMA和SVR方法不能取得良好的预测效果。因此提出一种利用日周期性特点的组合ARMA模型和SVR模型的预测方法：首先结合原始数据的日周期性特点，采用ARMA模型进行线性预测；对于ARMA模型的预测残差中保留的原始数据的非线性特征，利用SVR模型对残差进行非线性部分的预测，修正原来的预测结果，得到最终的预测值。采用真实数据的实验结果显示，新提出的预测方法可以显著改善预测效果。

协作无线电网络的功率分配的研究

孙莹莹, 赵航, 曹俊

2020, 27(02):  386-390. 

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基于单值中智模型的数据产品服务商选择

2020, 27(02):  391-395. 

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针对评估信息为单值中智数且属性权重完全未知的多属性决策问题，建立一种基于单值中智熵的多属性决策模型。首先，引入了新的单值中智熵的公理化定义；其次，运用余弦函数，提出了一种衡量单值中智数不确定性的信息熵公式，并证明其满足单值中智熵的4个公理化条件；然后以不确定信息最小化为准则设计最优化模型，确定属性权重，并构建一种属性权重完全未知的单值中智多属性决策方法；最后，将提出的决策方法运用于数据产品服务商的选择问题，并通过对比分析说明了本文方法的合理性与有效性。

区间正态信息集成算法的数据库选择模型

周天绮, 刘梦

2020, 27(02):  396-401. 

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在区间正态模糊信息环境下，对于指标权重信息完全未知的多属性群决策问题，设计了两种信息集成算法，建立一种区间正态模糊多属性群决策模型。首先给出区间正态模糊数的基本运算规则；然后，分别从算术和几何角度设计了区间正态模糊加权平均(IVNFWA)算子和区间正态模糊加权几何(IVNFWG)算子，同时对新建立的2个算子进行大小比较分析；最后在区间正态模糊信息环境下将提出的信息集成算法与距离公式相结合，构建一种属性权重完全不可知的多属性决策模型；结合数据库系统选择实例，对提出的决策方法进行验证。测试结果表明，提出的多属性决策方法是正确的、可行的与高效的。

SPMSM无传感器控制仿真及实验研究

许明清, 孙佃升

2020, 27(02):  402-408. 

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为提高面装式永磁同步电机(SPMSM)无位置传感器控制系统的运行性能，将扩张状态观测器应用于永磁体面装式永磁同步电机的无位置传感器控制中，用以估计转子位置角和转速，提出通过在两相静止坐标系下构建以定子电流为主变量的扩张状态观测器观测电枢反电势来估计转子位置，并通过构建以估计的转子位置角为主变量的扩张状态观测器进行转速估计的方法。该方法在电机电阻及电感参数变化时仍具有较高的转子位置角和转速估计精度，适用于面装式永磁同步电机的中高速无位置传感器控制。仿真及实验结果表明了该方法的有效性。