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《控制理论与应用》2025年第10期虚拟专刊（二）：控制算法应用

已有 711 次阅读 2026-1-8 11:29 |个人分类:刊期目录|系统分类:博客资讯

卷首语

从理论到实践, 当精妙的数学公式走出实验室, 化身钢铁之躯的“智慧”, 一场静默而深刻的革命正在发生. 从深海到苍穹, 从精密车间到人机协作前沿, 控制算法正成为现代工程系统中最具生命力的神经中枢.

本期, 我们聚焦控制算法的前沿应用, 汇集十篇扎根于国家重大需求与尖端场景的研究. 它们不仅是对控制理论的卓越验证, 更是面向复杂现实挑战的工程答卷.

论文

仿生假手机构设计与控制方法研究进展

【作者】

赵立铭, 孙中波

【摘要】

针对仿生假手的机构设计、意图识别和人机交互控制算法的国内外研究现状与发展趋势. 首先, 基于驱动器安装位置, 介绍仿生假手机械机构的发展现状; 其次, 基于电极偏移、肌肉疲劳和个体差异等非理想因素讨论运动意图识别模型的研究方法, 分析基于多源信号的意图识别方法优点与不足之处; 再次, 研究仿生假手系统人机交互控制算法, 阐明各类算法的优缺点; 最后, 给出了仿生假手研究的难点问题和未来工作计划, 基于多源信号融合与感知, 展望仿生假手机械机构、手部主动运动意图识别和人机交互控制算法的研究思路.

【关键词】

仿生假手; 假手结构设计; 非理想因素; 运动意图识别; 控制策略

【引用格式】

赵立铭, 孙中波. 仿生假手机构设计与控制方法研究进展. 控制理论与应用, 2025, 42(10): 1885 – 1893

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230752&flag=1

EP-DDPG引导的着舰控制系统

【作者】

雷元龙, 谢鹏, 刘业华, 陈翃正, 朱静思, 盛守照

【摘要】

针对舰载机纵向通道下的控制精度提升问题, 本文以保证舰载机以合理的姿态和速度沿期望下滑道着落为目标, 以深度确定性策略梯度算法为基本优化框架, 提出了一种基于专家策略–深度确定性策略梯度(EP-DDPG)算法的控制器参数自适应调节策略. 首先, 构建“魔毯”着舰控制系统作为基础架构; 其次, 为提升控制器的自适应能力和鲁棒性, 基于行动者–评论家框架设计深度确定性策略梯度(DDPG)算法对控制器参数进行在线调整; 最后, 针对常规强化学习算法前期训练效率低, 效果差的问题, 基于反向传播(BP)神经网络构专家策略为智能体的训练提供引导, 并设计指导探索协调模块进行策略决策, 保证动作策略的合理性和算法的高效性. 仿真结果表明, 与常规控制器相比, 该算法的控制精度和鲁棒性有了极大的提升.

【关键词】

强化学习; 深度确定性策略梯度算法; 魔毯; 行动者–评论家; BP神经网络

【引用格式】

雷元龙, 谢鹏, 刘业华, 等. EP-DDPG引导的着舰控制系统. 控制理论与应用, 2025, 42(10): 1904 – 1913

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230487&flag=1

大规格尖端铝合金锻件温度场协同解耦控制

【作者】

黄嘉庆, 沈玲, 贺建军, 吴婧祎

【摘要】

大型立式淬火炉炉内温度是决定大规格尖端铝合金锻件性能的主要因素. 为解决传统淬火炉温度控制方法无法克服多区耦合换热影响实现大尺度温度场均匀性控制目标的问题, 本文首先构建了炉内温度场模型, 提出时间维有限元外推方法, 利用有限元方法计算不同时间步长下的温度结果结合推得的时间维外推公式, 实现铝合金锻件温度高精度高时效预测; 随后, 提出特征向量快速聚类与竞争学习融合的变结构神经网络, 结合预测温度, 实时调节控制器参数, 实现多区协同解耦控制; 最后, 通过仿真实验, 验证了所提方法温度控制误差低于±2℃.

【关键词】

大型铝合金锻件; 大尺度温度场; 有限元法; 外推法; 智能解耦

【引用格式】

黄嘉庆, 沈玲, 贺建军, 等. 大规格尖端铝合金锻件温度场协同解耦控制. 控制理论与应用, 2025, 42(10): 1914 – 1924

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230736&flag=1

输入饱和下的船舶风帆三自由度控制系统固定时间预设性能滑模控制

【作者】

宋健, 张兰勇, 刘胜

【摘要】

针对船舶风帆三自由度控制系统的目标角度跟踪控制过程中存在的外部强风扰动、输入饱和、角度约束问题以及平稳快速跟踪需求, 提出了一种考虑输入饱和的固定时间预设性能滑模控制方法(FTSMC-PP-IS). 首先, 基于双极限齐次性定理(BHP)构建固定时间收敛滑模面, 在避免控制律奇异性情况下实现更快的固定时间收敛特性; 其次, 设计预设性能函数(PPF)以满足系统的三自由度角度约束, 并优化跟踪超调量和跟踪误差; 再次, 设计了固定时间辅助系统来补偿执行器输入饱和偏差. 通过分别构建滑模趋近律和等效控制律, 保证系统的全局固定时间收敛. 值得注意的是, 该方法在保证输入饱和下的快速固定时间跟踪的同时, 获得了较好的动态特性和稳态特性; 最后, 通过Lyapunov稳定性理论证明了所提出方法的固定时间收敛特性. 数值仿真和原理样机实验证明了所提出方法的可行性和有效性.

【关键词】

船舶风帆三自由度控制系统; 固定时间滑模控制; 运动控制; 输入饱和; 预设性能; 角度约束; 双极限齐次定理

【引用格式】

宋健, 张兰勇, 刘胜. 输入饱和下的船舶风帆三自由度控制系统固定时间预设性能滑模控制. 控制理论与应用, 2025, 42(10): 1936 – 1945

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240501&flag=1

基于等价输入干扰补偿的永磁直线同步电机H∞预见重复控制

【作者】

孙宜标, 张锐, 王丽梅

【摘要】

永磁直线同步电机(PMLSM)应用在周期性高精度位置伺服时, 容易受到以周期性端部效应推力波动和参数摄动为主的不确定性因素的影响, 因此提出一种基于等价输入干扰补偿的永磁直线同步电机H∞预见重复控制的方法. 首先在前馈补偿环节中引入预见补偿器和误差补偿项, 用于减小重复控制器在第1个控制周期内正反馈延迟环节不作用引起的跟踪误差; 然后基于滑模观测器设计了等价输入干扰(SMO-RCEID)补偿器对PMLSM的端部效应推力波动以及参数摄动等不确定性进行补偿; 最后通过李雅普诺夫稳定性理论结合线性矩阵不等式(LMI)导出二维连续/离散混合模型描述的H∞预见重复控制系统和SMO-RCEID补偿器稳定的条件, 并且求解出系统的控制器增益和观测器的增益. 仿真结果表明该方法具有良好的跟踪性能和干扰抑制能力.

【关键词】

永磁直线同步电机; 预见控制; 重复控制; 等价输入干扰; 线性矩阵不等式; 二维连续/离散混合系统

【引用格式】

孙宜标, 张锐, 王丽梅. 基于等价输入干扰补偿的永磁直线同步电机H∞预见重复控制. 控制理论与应用, 2025, 42(10): 1957 – 1967

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230598&flag=1

倾转旋翼eVTOL的快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制

【作者】

徐萌, 徐璇, 高冰

【摘要】

针对倾转旋翼电动垂直起降飞行器 (eVTOL)非线性、多变量、强耦合以及多源干扰的动力特性, 本文提出了基于快速趋近律的快速非奇异终端滑模控制算法. 首先, 基于建立的六自由度非线性模型, 将实际的控制量转化为六自由度控制通道的虚拟控制变量, 从而, 通过虚拟控制变量实现飞行控制解耦; 其次, 构建了快速非奇异终端滑模面, 设计控制器中的等效控制部分, 实现系统状态跟踪误差在有限时间内快速收敛, 并基于fal非线性函数设计了一种新型连续趋近律以进一步减小抖振; 然后, 针对系统可能受的干扰设计了指数收敛型扰动观测器进行补偿; 最后, 通过仿真结果表明, 所提出的控制算法在面对复杂干扰时表现出优越的轨迹跟踪和抗干扰能力.

【关键词】

倾转旋翼eVTOL; 滑模控制; 快速趋近律; 轨迹跟踪; 非线性控制系统; 扰动观测器

【引用格式】

徐萌, 徐璇, 高冰. 倾转旋翼eVTOL的快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制. 控制理论与应用, 2025, 42(10): 2010 – 2018

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240460&flag=1

友好型人机协同转向鲁棒控制

【作者】

章军辉, 郭晓满, 刘禹希, 付宗杰, 王静贤

【摘要】

为了更好地让智辅系统“理解”驾驶人的转向控制意图, 减少共驾过程中的人机冲突, 本文提出了一种友好型共享转向系统鲁棒控制算法. 首先, 建立了驾驶人在环的线性时变车路模型, 对共驾型车道保持控制(LKAS)问题进行了数学描述; 其次针对复杂工况下道路曲率的不确定性、车辆动力学模型参数的时变特性以及由于车辆动力学的强非线性存在而导致模型适配的不足, 基于T-S模糊控制理论设计了状态反馈γ次优H∞鲁棒控制器; 然后, 设计一种友好型人机控制权博弈模型, 能够根据驾驶人工作负荷以及驾驶人状态来动态调整智辅系统参与驾驶的程度, 实现了人机交互的显式表达和驾驶控制权的平稳动态分配; 最后, 基于驾驶人在环的Carsim/Simulink集成环境对该共享控制算法的有效性与鲁棒性进行了验证, 结果表明该共享控制算法能够较好地兼顾路径跟踪能力与驾驶人的控制权裕度.

【关键词】

智能汽车; 人机共驾; T-S模糊控制; 控制权博弈; 驾驶人行为

【引用格式】

章军辉, 郭晓满, 刘禹希, 等. 友好型人机协同转向鲁棒控制. 控制理论与应用, 2025, 42(10): 2038 – 2045

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230659&flag=1

具有状态约束的AUV固定时间抗干扰控制

【作者】

王建晖, 王浩远, 刘治, 陈子韬, 陈凯锐

【摘要】

针对具有状态约束、模型参数不确定、通信资源受限和外界未知时变干扰的自主水下机器人(AUV)的轨迹跟踪问题, 本文提出了一种基于固定时间干扰观测器的事件触发控制方法. 首先, 基于固定时间稳定理论, 利用双曲正切函数的特性设计干扰观测器, 对系统的集总干扰进行估计, 使得估计误差在固定时间内收敛. 其次, 基于所设计的干扰观测器, 提出了一种AUV固定时间抗干扰轨迹跟踪控制方法, 使得系统的跟踪误差在固定时间内收敛. 同时, 为了减少系统对通信资源的占用, 在控制方法的设计中, 引入了相对阈值的事件触发机制. 最后, 通过仿真实验验证了该方法的有效性.

【关键词】

自主水下机器人; 固定时间控制; 干扰观测器; 事件触发机制; 状态约束

【引用格式】

王建晖, 王浩远, 刘治, 等. 具有状态约束的AUV固定时间抗干扰控制. 控制理论与应用, 2025, 42(10): 2056 – 2065

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230581&flag=1

基于轮式里程计的无人车分层控制策略

【作者】

单泽彪, 魏昌斌, 刘小松, 王宇航

【摘要】

针对电动两驱差速型无人车, 由于路面摩擦、车辆重心不稳等因素的存在, 左右两侧驱动轮受到的行驶阻力不同, 导致车辆的行驶方向总是出现有规律的向左或者向右, 偏离无人车纵轴线的现象. 传统的无人车行驶方案是靠图像、基站定位等方式根据外界的参考环境获得偏移误差, 然后对车身进行调整, 此类方法应对复杂环境的能力有限. 本文提出了一种基于自抗扰控制的仅依靠轮式里程计的无人车分层控制策略. 首先, 根据差速型无人车的里程计信息推算出偏移的距离, 上层控制器根据偏移期望航向角函数, 调整车辆的航向角达到误差设计控制行驶的目的. 下层控制器基于动力学模型设计的扩张状态观测器估计车辆运动产生的扰动以对两侧电机进行补偿. 最后, 通过数值仿真和实车测试实验, 验证了所提分层控制策略的有效性.

【关键词】

无人车控制; 轮式里程计; 期望航向角; 自抗扰控制; 分层控制策略

【引用格式】

单泽彪, 魏昌斌, 刘小松, 等. 基于轮式里程计的无人车分层控制策略. 控制理论与应用, 2025, 42(10): 2066 – 2074

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230472&flag=1

时变的陀螺仪偏差下四旋翼无人机有限时间姿态跟踪控制

【作者】

付桃, 朱文武, 都海波

【摘要】

本文主要研究了时变的陀螺仪偏差下四旋翼无人机的有限时间姿态跟踪控制问题. 首先, 利用陀螺仪测量模型, 建立带陀螺仪偏差的四旋翼无人机姿态控制模型; 然后, 根据可测量的姿态信息, 利用超螺旋滑模观测技术, 设计一种有限时间陀螺仪观测器估计未知偏差; 接着, 将偏差估计值引入滑模面设计, 再利用积分终端滑模技术, 设计一种有限时间姿态跟踪控制器. 严格的理论分析证明, 在陀螺仪偏差存在的情况下, 实际姿态可以在有限时间内跟踪上期望姿态; 最后, 搭建四旋翼姿态测试平台, 通过实验对比验证所提方法的有效性.

【关键词】

四旋翼无人机; 陀螺仪偏差; 姿态跟踪; 有限时间控制

【引用格式】

付桃, 朱文武, 都海波. 时变的陀螺仪偏差下四旋翼无人机有限时间姿态跟踪控制. 控制理论与应用, 2025, 42(10): 2084 – 2089

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240202&flag=1

结语

这些研究, 如同点点星火, 照亮了控制算法赋能千行百业的璀璨图景. 它们共同揭示了同一趋势: 智能控制已不仅是优化性能的工具, 更是实现系统自主、协同、可靠与极限作业的关键使能技术.

算法与工程的深度融合, 将持续推动技术进步, 将更多“不可思议”变为“日常现实”. 希望本期文章能为您带来启发, 共同见证并参与这场由控制智能引领的深刻变革.

期刊介绍

《控制理论与应用》(Control Theory & Applications)是经国家科学技术部批准, 教育部主管, 由华南理工大学和中国科学院数学与系统科学研究院联合主办的全国性一级学术刊物, 1984年创刊, 月刊, 国内外公开发行. 《控制理论与应用》是中国科学引文数据库首批统计源期刊之一，中文核心期刊，入选中国精品科技期刊顶尖学术论文F5000项目，中国科协自动化学科领域高质量科技期刊目录以及中国科协百篇优秀科技论文遴选计划，2021年入选广东省高质量科技期刊建设项目，2022-2024年连续获得基金委资助（科技活动专项）。

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