控制理论与应用杂志

控制理论与应用杂志2021年第5期

• 基于模糊PID算法的动力电池液体冷却策略

  马彦,丁 浩,牟洪元,陈 虹

  为防止动力电池组温度过高、温度均匀性差影响其性能和电动汽车运行安全, 必须对其采取有效的冷却策略. 本文提出了一种基于模糊PID算法的动力电池组直接式液体冷却策略. 首先, 根据Bernardi生热率模型和牛顿冷却定律, 建立了电池内阻随温度变化、对流换热系数随冷却液流速变化的单体电池集中质量热模型. 然后, 利用冷却液单向流动的温度变化特性递推出电池组集中质量热模型, 并对其准确性进行验证. 考虑到电池组热模型的非线性和时变特性, 设计了基于模糊PID算法的液体冷却策略. 最后, 将该冷却策略用于电池组冷却系统, 仿真结果表明, 与传统PID冷却策略相比, 模糊PID冷却策略可以缩短系统调节时间、减小电池组温度不一致性、提高抵抗电流扰动的能力, 具有更好的冷却效果.

• 严格反馈系统约束迭代学习控制

  陈建勇,孙明轩

  针对一类含有状态约束和任意初态的严格反馈非线性系统, 本文提出了基于二次分式型障碍李雅普诺夫函数的误差跟踪学习控制算法. 二次分式型障碍李雅普诺夫函数保证了系统跟踪误差在迭代过程中限制于预设的界内, 进而保持状态在约束区间内. 引入一级数收敛序列用于处理扰动对系统跟踪性能的影响. 构造期望误差轨迹解决了系统的初值问题. 经迭代学习后, 所设计的学习控制器能够实现系统输出在预指定作业区间上精确跟踪参考信号. 最后的仿真结果验证了所提控制算法的有效性.

• 负荷扰动互联电力系统模糊自适应输出跟踪与干扰抗御

  金鹏,马倩,周国鹏

  风电、光伏等新型发电设备并入传统大电网后, 使互联电力系统日益复杂, 给电力系统建模和运行控制带来了新挑战. 基于此问题, 本文提出基于模糊自适应控制的互联电力系统输出跟踪与干扰抗御算法. 首先利用模糊控制理论对系统进行建模, 然后利用非线性输出调节思想解决带有扰动的跟踪问题. 但模糊逼近不可避免的存在逼近误差, 为减小逼近误差与外部扰动对于控制系统的影响, 利用Backstepping法设计自适应输出调节控制器. 最后,仿真结果验证了该算法有效, 实现了系统输出跟踪与干扰抗御.

• 基于定量反馈理论的时滞系统自抗扰控制参数整定

  赵天烽,程赟,华亮,李海,陈增强

  工业过程对象普遍存在时滞、模型参数不确定性和外部扰动多等特点, 传统Smith预估控制方法难以设计出满足期望性能的鲁棒控制器. 针对模型参数不确定性和外部扰动, 本文采用自抗扰控制技术进行估计和补偿. 针对系统存在时滞的特点, 本文提出改进Smith预估器结构, 提升扩张状态观测器对于扰动估计的实时性. 在此基础上, 本文以一阶时滞系统为例提出了控制器参数整定方法. 首先根据最优参数选取准则确定预估器模型, 然后在等效模型框架下采用定量反馈理论整定自抗扰控制器参数, 确保控制系统达到预期性能指标. 在仿真实验中, 将所提出方法与几种常见时滞系统控制方法进行比较, 通过设定值跟踪、抗扰及蒙特卡罗实验验证了所提出方法具有良好抗扰能力与鲁棒性.

• 具有积分测量和时延的离散线性变参数系统故障与状态估计

  乔栋,张潇潇,王友清

  故障检测与诊断(FDD)技术可以有效地提高系统的安全性和可靠性, 因此受到越来越多的关注. 目前, 关于离散系统的状态和故障估计问题的研究还不够充分. 本文针对具有积分测量和时延的线性变参数(LPV)系统, 提出了一种同时估计执行器/传感器故障和状态的方法. 首先, 系统当前状态、系统延迟状态和传感器故障构造一个扩维状态, 得到广义离散LPV系统. 其次, 给出了该观测器存在的充分条件并证明观测器是H1稳定的. 然后, 将系统状态、执行器和传感器故障的同时估计转化为矩阵不等式的求解问题, 给出了观测器待设计矩阵的计算过程. 最后,通过仿真验证了该方法的有效性.

• 基于自适应模糊控制器和非线性扰动观测器的永磁直线同步电机反馈线性化控制

  赵希梅,王浩林,朱文彬

  由于永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统应用于一些高精密场合, 因此克服系统存在的负载扰动、参数变化等不确定性影响是提高系统性能的关键. 针对不确定性问题, 采用一种基于自适应模糊控制器(AFC)和非线性扰动观测器(NDO)的反馈线性化控制方法. 首先设计反馈线性化控制器(FLC)实现系统的线性化, 便于位置跟踪; 其次采用NDO估计并补偿系统的不确定性, 提高跟踪精度. 但在实际运行过程中观测器增益较难选取, 极易产生较大的观测误差, 为此, 采用AFC方法逼近NDO的观测误差, 通过自适应律动态调整模糊规则, 改善模糊控制器的学习能力, 增强系统的鲁棒性, 并用李雅普诺夫定理保证系统闭环稳定性. 实验结果表明, 与基于DOB和NDO的反馈线性化位置控制相比, 该方法能够明显提高系统的跟踪性和鲁棒性.

• 失配参数在线矫正的永磁同步电机预测电流控制

  高锋阳,罗引航,李明明,王文祥,张浩然

  针对永磁同步电机预测电流控制模型参数失配引起的系统性能下降问题, 提出一种基于内模控制观测器的应对策略来矫正模型参数. 首先, 根据旋转坐标系下的永磁同步电机动态模型, 设计了d, q 轴电流内模控制观测器并进行稳定性推导证明, 观测器可以无静差估计d, q轴电流变化率, 进而在线估计电机参数; 然后, 由卡尔曼滤波减弱参数噪声得到最优参数估计, 阈值化处理最优参数估计后在线更新失配参数. 最后, 在稳态和调速阶段两种不同工况中, 将所提策略应用于参数失配的永磁同步电机三矢量预测电流控制; 实验结果表明, 与同类方法相比, 所提策略能在线矫正失配参数, 在改善电流波动系数及总谐波畸变率方面表现更好.

• 基于迁移学习的离心式水泵扬程性能预测

  杨鑫宇,吕政,赵珺,王伟

  离心式水泵作为工业领域常见的抽水机械, 一直有着广泛的应用. 然而在其性能指标预测过程中, 理论模型难以达到高精度要求, 而机器学习模型难以应用于多工况环境. 本文提出了一个最小二乘归纳式迁移学习(LSITL)方法, 该方法利用离心式水泵扬程性能曲线特征, 通过最小二乘方式提取迁移知识, 并利用归纳法建立多工况下的迁移模型, 再通过最小二乘支持向量机(LSSVM)方法的反向求解实现对离心式水泵的性能预测. 本文通过与机理建模方法和传统机器学习方法的对比, 表明了本文中方法具有准确性高, 适用范围广的优势, 可以实际应用到离心式水泵性能指标的预测当中.

• 复杂三维多面体环境中空地协作追逃问题

  梁宵,王宏伦,骆海涛

  结合无人机(UAV)的空中移动和无人车(UGV)的地面移动特点, 本文提出了一种UAV/UGV空地协作系统,并且针对其在复杂地形中的追逃问题, 提出了一种复杂三维多面体环境中UAV/UGV空地协作追逃策略. 首先介绍了UAV/UGV空地协作系统的结构与协作追逃问题描述. 接着将边界值问题(BVP)改进并离散化作为博弈走法生成器. 然后, 针对逃方已知追方位置, 而追方只具备直线视野(LOS)的不利条件, 分析了最坏情况. 逃方策略在保证最大生存条件下尽可能获得博弈胜利. 追方策略根据逃方状态分成3种情况进行讨论: 逃方处于追方的视野范围内、逃方刚刚消失于追方视野以及追方完全丢失逃方的情况. 最后, 对比仿真结果说明了本文算法的有效性, 并分析了追逃结果的影响因素. 由于地形是非凸的并且充满障碍, 因此该策略虽不能保证追方一定能够胜利, 但在最坏情况下是最优的.

• 基于高斯混合聚类的切换系统的辨识

  柴秀俊,王宏伟,王林,嵇薪儒

  针对具有未知切换规则与未知子系统数量的切换系统的辨识问题, 提出一种两阶段辨识方法, 包括模式检测与参数辨识. 在模式检测阶段, 首先建立高斯混合模型表示采样数据的分布, 并通过轮盘法选择合适的初始模型参数. 其次, 计算采样数据属于每个子系统的后验概率, 通过极大似然估计算法迭代更新模型参数, 使高斯混合模型最大化地拟合采样数据的分布. 在此基础上, 通过贝叶斯信息准则确定子系统的数量, 并根据最大后验概率准则估计切换规则. 在参数辨识阶段, 通过递推增广最小二乘法估计每个子系统的参数向量. 最后, 通过仿真结果验证了所提方法的有效性.

• 鲸鱼优化算法的全局收敛性分析及参数选择研究

  冯文涛,邓兵

  鲸鱼优化算法是一种设计新颖的智能优化算法, 近年来已广泛应用于各种工程优化问题. 但是关于鲸鱼优化算法的收敛性尚未明确, 而且缺乏对算法中合理参数选择范围的理论分析. 本文利用随机过程理论中的马尔科夫链分析了鲸鱼优化算法的全局收敛性, 证明了算法中的收缩包围机制是决定鲸鱼优化算法是否收敛的关键因素. 进一步建立了鲸鱼优化算法收缩包围机制的双层有限差分模型, 并基于冯诺依曼稳定准则给出了算法收缩包围机制稳定或发散时的控制参数取值范围, 在标准测试函数上的仿真实验结果也验证了理论分析的正确性.

• 含不匹配扰动非严格反馈系统的输出反馈补偿控制

  孙国法,于瀚博,周玉国

  针对一类非严格反馈非线性系统, 系统中包含不确定函数和未知外部扰动, 提出一种带不匹配扰动补偿的输出反馈模糊控制器. 采用模糊逻辑系统逼近未知的非线性函数, 同时构造模糊状态观测器观测系统未知状态. 考虑观测器和控制器会受到外部扰动和模糊逼近误差构成的不匹配总扰动信号影响, 采用改进的扰动观测器对不匹配扰动进行估计和补偿, 使扰动观测误差能够在有限时间内平缓地收敛到任意小的范围, 消除不匹配扰动信号对模糊观测器设计的影响. 同时在控制器设计中进行扰动的精确补偿, 提高系统的抗扰动性. 通过Lyapunov函数证明了闭环系统所有信号都是有界的. 最后, 通过数值仿真进一步验证了所提出方法的有效性.

• 集货需求模糊的异型车同时配集货路径优化

  范厚明,刘浩,刘鹏程,任晓雪

  针对集货需求模糊的异型车同时配集货车辆路径问题(HFVRPSDDFP), 基于先预优化再重优化的思路构建模型. 预优化阶段根据可信度理论和车型选取方法为客户点分配车辆, 生成配送方案. 重优化阶段利用随机模拟算法(SSA)确定客户集货需求, 对服务失败的客户点, 制定服务策略, 将模糊问题转化为确定型的异型车辆路径问题(HFVRP), 并规划路径. 设计遗传变邻域算法, 通过测试确定邻域结构构造, 将自适应搜索策略应用到邻域搜索过程中, 保证迭代前期收敛速度和后期全局搜索能力. 通过算例验证了本文模型及算法的有效性.

• 基于多目标优化多任务学习的端到端车牌识别方法

  周晓君,高媛,李超杰,阳春华

  本文针对多个车牌识别任务之间存在竞争和冲突, 导致难以同时提高多个车牌的识别率的问题, 提出基于多目标优化多任务学习的端到端车牌识别方法. 首先, 通过分析某些车牌识别任务容易占主导地位, 而其他任务无法得到充分优化的问题, 建立基于多任务学习的车牌识别模型. 接着, 针对字符分割造成车牌识别准确率较低、鲁棒性较差的问题, 提出基于多任务学习的端到端车牌识别方法. 最后, 针对多个车牌识别任务间难以权衡的问题,提出一种基于多目标优化的多任务学习方法, 以提高多个车牌识别的准确率. 将本文所提方法在标准车牌数据集上进行测试, 实验结果验证了该方法的有效性和优越性, 其他代表性方法相比可以提高车牌识别的准确率、快速性和鲁棒性.

• 概率布尔控制网络的集可控

  苟志丽,徐勇,王金环

  本文研究概率布尔控制网络的集可控性问题. 首先, 利用矩阵半张量积方法, 得到概率布尔控制网络的代数表示. 其次, 借助一个新的算子构造不同的可控矩阵, 进而通过可控矩阵考虑自由控制序列和网络输入控制下概率布尔控制网络的集可控性问题, 得到了概率布尔控制网络集可控性的充要条件. 最后, 给出数值例子说明本文结果的有效性.