控制理论与应用杂志

控制理论与应用杂志2025年第5期

• 时序知识图谱构建关键技术及研究进展

  曾朝晖,杨阳,陈晓方,桂卫华,阳春华,彭郅荣

  近年来, 时序知识图谱受到国内外研究人员的广泛关注, 成为研究热点. 区别于传统知识图谱, 时序知识图谱嵌入了时序信息, 能够表示时序关系和因果关系, 描述关系变化规律和事件演化模式, 可成为能感知时间信息和因果律的知识库. 本文对时序知识图谱构建技术进行综述. 首先, 本文介绍了时序知识图谱的定义和构建流程; 其次, 梳理了时序知识图谱构建过程中时序知识抽取、时序知识嵌入、时序逻辑推理等关键技术的研究进展, 分析其发展状况并指出优缺点; 最后, 给出面向多级决策的铝电解氧化铝浓度多粒度知识图谱构建与应用案例, 对时序知识图谱在流程工业领域的应用前景进行了展望.

• 粒子群算法多目标优化下的超混沌人脸图像加密

  余锦伟,谢巍,张浪文,余孝源

  本文将粒子群优化算法(PSO)与超混沌系统相结合, 提出一种基于多目标优化的人脸图像加密方案. 该方案通过PSO算法协同优化多项加密评估指标, 包括相关关系、像素变化率(NPCR)、统一平均变化强度(UACI)和信息熵. 首先, 初始化混沌系统的控制参数, 并采用SHA-256算法生成混沌系统的初始值, 迭代生成高敏感性的随机序列; 其次, 利用随机序列执行像素置乱、扩散和行列置乱操作, 生成初始加密人脸图像; 然后, 将加密人脸图像视为PSO算法的个体, 通过迭代更新个体的位置优化考虑多项指标的适应性函数; 最后, 确定混沌系统的最优参数, 并得到最佳的加密人脸图像. 实验结果表明, 本文的方法在信息熵、像素相关系数、NPCR和UACI方面的表现都优于主流方法, 这说明本文所提方法具有更高的安全性.

• 大小舵布局水下无人航行器最优控制分配方法

  张鑫,胡志强,刘健,曾俊宝

  针对中高速水下无人航行器(AUV)提高容错控制能力、兼顾机动性与控制精度等需求, 本文提出一种“非对称X型艉舵+小水平艏舵”的AUV舵布局策略, 并研究与之相适应的高效控制分配方法. 本文提出的舵布局策略通过大小舵配合, 在力矩需求较小时, 优先使用小舵以提高控制精度, 力矩需求较大时, 大小舵协作以满足机动性需求. 建立了适用于该布局策略的控制分配模型并转化为二次规划问题, 采用两阶段法求解该模型, 依次为确定大舵使能阶段和求解小舵需求阶段. 所形成的二次规划问题采用OSQP求解方法, 首先, 通过快速迭代得到中低精度解,再进行一次解精确处理, 兼顾求解效率和精度. 最后, 通过机动性与精度、容错控制及不同二次规划方法, 求解效率对比等3方面仿真, 验证了研究方法的有效性.

• 有限标记样本下基于GSSL-GraphSage的半监督故障诊断方法

  曹洁,王庭义,王进花

  鉴于在实际工程中采集的齿轮箱标注监测数据是有限的, 且基于图神经网络的齿轮箱故障诊断方法研究仍存在标签信息挖掘不充分的问题, 本文提出一种有限标记样本下基于图的半监督学习(GSSL)与图采样聚合算法(GraphSage)的齿轮箱半监督故障诊断方法. 基于K最近邻算法和基于图的标签传播策略, 将标签信息沿边传播给分布相似的邻域样本, 从而充分利用有限样本的标签信息, 提高模型性能. 将每个振动频谱样本视为一个节点构建基于图的半监督学习框架, 最后将半监督学习框架输入到节点级GraphSage网络中进行故障分类, 避免新加入节点重新训练的情况, 可有效防止训练过拟合, 增强泛化能力. 将所提方法用于分析齿轮箱故障实验数据, 结果表明所提方法能够在6%的低标签情况下准确诊断齿轮箱的不同故障模式, 验证了对齿轮箱故障诊断的可行性和有效性.

• 带有时滞脉冲的非线性随机时滞系统的有限时间稳定性

  张雨,程培

  本文研究带有时滞脉冲的非线性随机时滞系统的有限时间稳定性问题. 首先, 基于Lyapunov函数和脉冲系统的比较原理, 得到该系统有限时间稳定的充分条件; 其次, 基于脉冲控制理论, 分别研究具有镇定脉冲和反镇定脉冲的非线性随机常时滞系统的有限时间稳定性; 接着, 利用线性矩阵不等式和随机分析技巧, 将所得的结果应用到线性系统中; 最后, 给出两个数值算例验证了结果的有效性.

• 虚假数据注入攻击下多智能体系统动态事件触发双向编队

  赵华荣,彭力,谢林柏,杨杰龙,于洪年

  针对未知动力学模型的多输入多输出非线性离散时间多智能体系统的虚假数据注入攻击问题, 本文设计了一种基于径向基函数神经网络的攻击识别策略, 并针对其通讯受限问题, 设计了一种动态事件触发控制策略. 首先, 利用伪偏导技术, 在智能体的每个工作点上建立了一种关于被控系统输入输出数据的紧格式动态线性化数据模型, 并给出了该模型相应参数的估计法则. 此外, 利用符号图论分析了多智能体系统的双向编队控制问题, 设计了一种组合测量误差方程, 将双向编队控制问题转化为一致性控制问题, 并设计了一种动态事件触发的无模型自适应双向编队控制算法. 最后, 给出了双向编队跟踪误差的收敛性证明, 并通过仿真实验验证了该算法的有效性.

• 基于BOA-SVM 的冷源系统温度传感器偏差故障检测

  周璇,闫学成,闫军威,梁列全

  针对当前因温度传感器偏差故障识别率低, 严重影响冷源系统节能可靠运行的问题, 提出一种基于贝叶斯优化支持向量机BOA-SVM组合优化算法的偏差故障检测方法. 该方法融合了贝叶斯优化算法(BOA)和支持向量机(SVM)技术, 适用于小样本、非线性故障数据, 同时克服了SVM算法对核函数参数与惩罚因子强敏感性的问题.论文建立了广州市某办公建筑冷源系统Trnsys仿真模型, 对室外干球、冷冻供水与冷却进水3种温度传感器不同程度的偏差故障进行模拟. 仿真结果表明, 与本文提出的其他方法相比, 该方法准确率高, 泛化能力及鲁棒性强, 能够满足冷源系统温度传感器偏差故障的检测需求, 保障空调系统的安全、高效与稳定运行.

• 电熔镁炉多模态信息工况智能识别方法研究

  李帷韬,顾嘉钦,王殿辉,吴高昌

  针对电熔镁炉识别过程中出现的模态完备性不足问题, 本文阐述了一种电熔镁炉多模态信息工况智能识别方法. 首先, 通过语义神经网络提取工况图像特征和双向编码语言模型提取语言特征, 构建多模态工况的完备联合特征向量, 并通过Transformer编码层实现全局交互, 捕捉视觉与语言信息的细粒度对齐. 引入自适应Transformer解码层的自注意力机制, 采用全连接网络获得多模态工况识别结果. 基于强化学习定义门控单元评估策略, 实时评估不确定工况识别结果, 构建解码层的动态调节机制, 以获取多模态工况的细粒度特征, 并采用模糊积分集成模型库的识别结果. 实验证明了本方法的有效性和鲁棒性.

• t分布的异步多速率系统迁移学习滤波算法

  王伟,赵顺毅,张承玺,栾小丽,刘飞,吴荩

  针对异步多速率传感器在状态估计过程中受异常值影响问题, 本文研究了一种基于t分布的迁移学习滤波算法. 文中结合全概率设计和多尺度系统理论, 设计了新型异步多速率系统的迁移学习方法, 源域和目标域具有不同采样速率传感器, 通过建立多尺度模型, 将异步多速率系统转化为同步多速率系统. 使得文中所设计方法具有异步多速率系统在最小化源域预测分布至目标域理想分布的Kullback-Leibler散度同时, 允许传感器采样速率之比为任意正整数的优势. 考虑异常值对状态估计的影响, 源域和目标域依赖于t分布的重尾性质来对状态和观测过程建模, 通过期望最大化和变分贝叶斯进行近似估计. 最后, 所提出方法被应用于平面位置速度系统的速度位置估计, 仿真结果验证了其该方法的有效性.

• 考虑库门分配及时间依赖的生鲜品越库配送车辆路径优化

  范厚明,陈天磊,甘兰,任晓雪

  为减少多品种生鲜物流成本, 本文研究了多越库中心多库门的车辆路径问题, 并设计算法优化车辆路径.综合考虑多越库中心联合配送、库内操作、客户时间窗、生鲜品货损、车辆行驶速度时变、车辆能耗等因素, 以车辆派遣成本、货损成本、集货油耗成本、配送电耗成本、时间窗惩罚成本和越库运输成本之和最小为目标建立优化模型. 根据问题特征, 设计自适应大邻域搜索算法对其进行求解, 该算法根据算子的历史表现和使用次数选择下一次迭代使用的算子, 对原解进行移除插入操作. 通过求解多组规模不同的算例以验证模型的正确性和算法的有效性.在数值实验部分分析了不同规模下的配送成本, 同时对车辆行驶速度和车辆不同返回策略进行灵敏度分析, 说明所提问题考虑多中心联合配送以及速度时变的必要性. 研究成果不仅丰富了生鲜品越库配送的场景, 拓展了越库配送车辆路径问题的研究, 也为物流企业制定配送方案提供了理论依据.

• 新型固定时间收敛多幂次趋近律

  蒲明,廖建春,但志宏,张松,张葛祥,刘鹏

  针对现有文献中最新幂次滑模趋近律自适应性弱、全论域收敛速度慢、初始点处存在奇异性等不足, 本文提出一种兼顾固定时间收敛和有限时间收敛的新型多幂次滑模趋近律. 该趋近律在现有幂次趋近律基础上引入变底函数, 结合了幂次函数和指数函数的组合函数, 提升了滑模在不同趋近阶段自适应能力及收敛速度, 且满足无抖振约束. 理论证明了本文趋近律在除原点外的状态空间每一点处均快于现有文献中的新型幂次趋近律, 并进一步推导了与初始误差无关的固定收敛时间上界和稳态误差的解析式. 最后, 仿真结果表明在大扰动和大初始误差条件下, 本文方案相对现有3种趋近律总误差分别减小了约74.7%, 59.9%以及54.1%. 状态反馈信号存在30 dB噪声干扰的情况下, 本文方案相对3种趋近律总误差分别减小了约73.4%, 57.8%以及51.7%. 仿真均验证了本文提出趋近律的优越性与有效性.

• 液压伺服系统非对称时变输出约束事件触发控制

  宫赤坤,汝青杨,袁立鹏

  针对液压伺服系统具有未知非线性、未建模动态以及通信网络带宽受限等问题, 本文提出一种具有非对称时变约束指令滤波自适应事件触发鲁棒控制方法. 与常规液压伺服系统输出位移静态受限相比较, 此控制方法在液压伺服系统具有未建模动态的情况下, 可以保证液压伺服系统输出位移在预设的非对称时变约束范围内. 针对液压伺服控制系统中的未知函数利用径向基函数神经网络自适应方法进行逼近补偿. 引入事件触发机制使得控制输入不再持续更新, 从而充分利用有限的通信资源. 构造新型滤波误差补偿机制不仅可以在有限时间内收敛, 同时克服了抖振问题. 通过李雅普诺夫方法证明了闭环系统的全局有界性. 仿真实例表明了控制方法的有效性.

• 共享随机丢包信道下多输入系统均方可镇定–调度与控制协同设计

  邬依林,沈志萍,赵倩,张谦,张菲菲

  借助有限容量信道进行设备间信息交互的网络化系统, 其整体性能依赖于控制策略和通信机制. 本文基于调度与控制协同设计思想, 解决多个输入在共享数量有限的通信信道场景下, 所面临的网络化系统反馈控制镇定问题. 其中, 每个通信信道建模为随机丢包模型. 首先, 根据多控制器系统性质, 将多输入系统通过共享信道状态反馈可镇定问题, 转化为切换线性系统在一个调度周期内可镇定问题. 其次, 针对多个输入共享单个随机丢包信道的情况, 采用等价转变思想, 将闭环系统的稳定性问题转化为易于求解的线性算子的稳定性问题. 进一步, 根据系统旺纳姆分解技术和系统最优补灵敏度, 构造出适当的调度策略和控制器, 从而推导出网络化系统可镇定的充分条件, 该条件用丢包率与系统不稳定度关系来表示. 然后, 将上述结论推广到多个输入共享多个随机丢包信道情况. 接下来,根据控制不等式理论、线性编码和解码技术, 给出均匀调度策略下网络化系统可镇定时丢包率需要满足的条件. 最后, 通过数值算例和仿真结果, 验证了所得结论的合理性.

• 基于多速率事件触发控制的重介分选密度调控

  杨翊卓,王兰豪,张淇瑞,胡梦洁,代伟

  悬浮液密度的稳定控制是保证重介分选精煤质量的重要手段, 本文着重考虑重介分选密度回路多速率采样控制的实际生产情况, 提出一种基于多速率事件触发控制的重介分选密度调控方法. 首先通过提升技术与基于连续学习的多速率辨识方法建立密度回路多速率模型, 进而设计基于事件触发机制的模型预测控制器, 使密度回路能够在保证控制性能的前提下, 减少控制器的更新次数, 从而减少通讯资源的浪费. 通过仿真验证了本文所提控制方法的有效性. 该研究成果为工业互联网环境下的重介分选密度控制器设计提供了新方法.

• 基于Petri网和监督学习的机器人柔性流水车间调度方法

  李浚,罗继亮,李旭航,伊思嘉,聂卓赟

  机器人柔性流水车间的调度属于组合优化问题, 涉及在指数增长的事件序列集合中寻找最优路径. 为了借助机器学习和启发式搜索的优势, 提高调度优化的求解质量和效率, 本文提出了一种基于库所赋时Petri网和监督学习的启发式优化方法. 首先, 利用库所赋时Petri网的运行规律, 设计了启发式数据集的生成算法; 其次, 设计库所赋时Petri网的全连接神经网络学习模型, 从数据集中学习Petri网行为的启发式; 再次, 以全连接神经网络模型作为启发式函数, 设计了库所赋时Petri网A*和集束搜索算法; 最后, 以某机器人柔性流水车间为例, 进行了系列数值实验.本文方法获得了该流水车间库所赋时Petri网的高精度启发式, 其平均相对误差低于0.05%, 基于该启发式的A*和集束搜索算法均能快速求解给定任务的最优或近似最优的调度策略.

• 多智能体系统的时变约束一致性

  杨通清,莫立坡

  针对一阶离散时间分布式多智能体系统, 本文研究了其时变约束下的一致性问题. 利用投影算子, 建立了多智能体系统的数学模型. 对于时变约束集存在交集的情形, 通过估计智能体的状态与交集中固定点的距离, 证明了闭环系统可以实现一致性. 对于约束集存在极限集的情形, 利用约束集的几何性质, 证明了闭环系统可以实现一致性. 最后, 通过数值仿真, 验证了所提一致性算法的有效性.

• 基于FCM-WPPCR协同度量的转炉炼钢终点碳温软测量方法

  赵安,刘辉,陈甫刚

  转炉炼钢终点碳温的准确检测是吹炼末期判断出钢的关键, 而非线性、多工况的数据特性是软测量有效预测终点碳温的难点. 针对复杂工业数据下即时学习直接度量相关样本困难且度量依据较为单一, 致使样本匹配失准的问题, 本文提出一种模糊C均值聚类加权后验概率与聚类关系(FCM-WPPCR)协同度量策略, 用于即时学习最佳样本子集选择. 该策略通过模糊C均值聚类划分多工况子簇, 并引入推土机距离(EMD)准则构建一种后验概率模式表征待测样本在各簇中的隶属度; 其次, 通过最大均值差异确定其他子簇与最大隶属度子簇的相关度后, 计算待测样本与各簇样本EMD距离的均值构造一种协同度量机制加权后验概率和簇关系, 以确定待测样本在各簇中样本选择的执行标准; 最后, 在各簇中选择相关样本构造最佳样本子集, 并建立局部回归模型预测终点碳温. 通过实际炼钢生产过程数据仿真, 碳含量在±0.02%误差范围内预测精度达到92.60%, 温度在±10。C误差范围内预测精度达到93.30%.

• 空气重介质流化床选煤流程建模与动态仿真

  褚 菲,朱安强,冯浩彬,王建文,马小平

  空气重介质流化床干法选煤技术具有用水量少、污染小、成本低等优点, 非常适合我国西北干旱地区的选煤应用. 然而, 由于缺乏有效可靠的动态机理模型, 导致空气重介质流化床选煤过程控制策略的开发与验证发展缓慢. 针对这一问题, 本文基于质量守恒等原理建立了一种空气重介质流化床选煤全流程仿真模型. 首先, 通过对流化床选煤过程各关键设备的机理分析, 建立相应工艺环节的数学模型. 然后, 基于MATLAB/Simulink实现模块开发,根据工艺将各模块联结形成完整的工艺回路, 通过参数辨识保证模型的准确度. 最后, 通过仿真实验说明了所建模型的有效性, 为空气重介质流化床选煤过程先进控制方法和优化策略的研究提供了理论基础.

• 复杂网络自适应柔性变结构外同步控制

  孙艳琴,吴怀宇

  本文研究具有外部时变干扰的两个复杂网络外同步问题. 为加强网络的抗干扰能力和保证外部扰动的精确抑制, 提出了一种基于扰动观测器的自适应柔性变结构控制(DO-ASVSC)策略. 首先, 利用观测器将外部干扰等效到输入控制端来实现对干扰的完全控制, 其适用于任意一个复杂网络含扰动, 也适用于同时具有扰动的两个网络, 扩大了应用范围. 其次, 结合自适应控制思想, 改进动态柔性变结构控制策略, 根据李雅普诺夫稳定性理论和线性不等式技术, 推导满足外同步条件的有关定理. 因所设计的鲁棒控制器不含符号函数, 减少了抖振现象, 避免了因高频切换控制信号可能造成执行器的损坏现象. 最后, 通过数值算例, 验证了控制方案的有效性和优越性.

• 三体直连式旋转电动力绳系卫星系统起旋过程柔性形变控制

  杨 航,陆宏湜,王长青,周凌枫,谢尔盖.伊斯科夫

  本文研究了三体直连式绳系卫星系统利用电动力从静止状态起旋加速至期望旋转速率的控制问题. 由于两根系绳之间的耦合效应, 绳系卫星系统的系绳变形干扰相比单根系绳系统更加明显, 这也是目前绳系卫星系统起旋控制所面临的主要挑战. 针对上述问题, 本文仅通过调节系绳上的电流, 在实现两根系绳稳定同步起旋的同时抑制系绳的柔性形变. 首先, 建立了用于控制器设计的拉格朗日近似模型和用于仿真验证的柔性珠点模型; 其次, 针对绳系卫星系统起旋过程中的系绳柔性形变问题, 提出了一种基于预设性能的自适应滑模控制器. 仿真结果表明: 在该控制策略的作用下, 系绳实现了稳定的自旋运动, 且系绳变形被抑制到较低水平.