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《控制理论与应用》2026年第2期虚拟专刊：控制算法应用

已有 216 次阅读 2026-3-18 11:29 |个人分类:刊期目录|系统分类:博客资讯

卷首语

控制算法的生命力, 在于穿越理论边界、扎根工程实践的深刻能力. 本专题11篇论文聚焦“应用”核心, 全景展现控制算法在多元场景下的创新智慧.

从空天到地面、从人体到车间: 针对无人系统协同作业与集群智能、康复外骨骼与移动机器人精准控制等前沿挑战, 研究者发展了自适应控制、滑模控制与神经网络预测等方法; 面向流程工业、精密机电等复杂过程, 智能PI、鲁棒预测控制与软测量技术实现了经典框架与智能策略的深度融合; 在微电网、车辆队列等动态互联场景中, 深度强化学习与自适应容错控制探索了分布式智能与高可靠性的实现路径. 算法触角更延伸至故障诊断领域, 状态估计与深度学习共同构建起感知决策的完整闭环.

论文

基于命令滤波和神经网络的电液伺服系统有限时间反步控制

【作者】

牛善帅, 王军政, 赵江波, 沈伟

【摘要】

为提升电液伺服系统的跟踪控制性能, 本文考虑系统中包括参数不确定性、未建模动态以及外部扰动在内的集总不确定性, 提出一种基于命令滤波和神经网络的有限时间反步控制方法. 该方法利用Levant微分器作为命令滤波器, 获取虚拟输入变量与虚拟控制律差分信号的导数, 不仅避免了标准反步控制中的“复杂性爆炸”问题, 还通过重构实现了对非匹配不确定性的估计; 同时, 与传统基于神经网络的反步控制需要多个神经网络相比, 该方法仅利用1个神经网络来逼近匹配不确定性, 避免了多个神经网络所导致的控制器的复杂性和脆弱性. 另外, 通过引入由分数指数幂函数和多项式函数构成的分段函数反馈以加速收敛, 系统实现有限时间稳定的同时避免了奇点问题. 最后, 搭建实验平台开展对比实验验证新方法的有效性和优越性.

【关键词】

命令滤波; 神经网络; 有限时间稳定; 反步控制; 电液伺服系统

【引用格式】

牛善帅, 王军政, 赵江波, 等. 基于命令滤波和神经网络的电液伺服系统有限时间反步控制. 控制理论与应用, 2026, 43(2): 249 – 258

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240122&flag=1

双四旋翼协同吊挂系统的非线性自适应控制

【作者】

刘伟, 陈谋, 花翔宇

【摘要】

针对双四旋翼协同吊挂系统存在未知干扰的轨迹跟踪控制问题, 本文提出了一种非线性自适应控制方法, 实现了四旋翼无人机的轨迹跟踪和负载的摆动抑制. 首先, 利用达朗贝尔原理建立未知扰动下的双四旋翼协同吊挂系统模型; 其次, 设计一种指定时间预设性能函数对四旋翼无人机的轨迹跟踪误差进行约束, 避免四旋翼无人机之间的碰撞; 然后, 构造一种新型辅助变量用于设计欠驱动系统的非线性控制器; 同时, 考虑到系统不确定和未知扰动的影响, 利用神经网络逼近系统不确定以及设计自适应调节律处理外部时变扰动, 以增强系统的鲁棒性, 通过Lyapunov稳定性分析证明了闭环系统的所有误差都是有界的; 最后, 利用室内的双四旋翼吊挂运输实验平台进行实验研究, 验证了该方法的有效性和实际可行性.

【关键词】

四旋翼无人机; 吊挂运输; 神经网络; 自适应控制; 预设性能

【引用格式】

刘伟, 陈谋, 花翔宇. 双四旋翼协同吊挂系统的非线性自适应控制. 控制理论与应用, 2026, 43(2): 259 – 268

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230307&flag=1

仿慈鸦群信息交互的无人机集群协同转弯控制

【作者】

申燕凯, 魏晨, 段海滨

【摘要】

为实现动态不确定环境下无人机集群行为的快速调控, 本文提出了一种仿慈鸦群信息交互的无人机集群协同转弯控制方法. 通过分析慈鸦群交互行为及信息传播过程, 分别建立了个体交互模型和信息传播模型, 并阐述了信息交互与集群运动的关系. 在社会力框架的基础上提出了集群动力学模型, 并将其映射到转弯信息驱动下的无人机集群协同转弯控制中. 仿真结果表明, 在个体交互、信息传播及集群动力学的作用下, 由少数无人机触发的转弯信息在集群中快速传播, 使群体形成一致响应, 实现了无人机集群的快速转弯机动.

【关键词】

无人机集群; 协同转弯控制; 慈鸦信息交互; 集群动力学; 改进社会力

【引用格式】

申燕凯, 魏晨, 段海滨. 仿慈鸦群信息交互的无人机集群协同转弯控制. 控制理论与应用, 2026, 43(2): 269 – 277

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230193&flag=1

移动机器人轨迹跟踪的参数估计与原对偶神经网络预测控制

【作者】

张浪文, 王中旭, 魏海翔, 谢巍

【摘要】

本文针对轮式移动机器人的不确定参数估计与轨迹跟踪问题, 研究了基于卷积神经网络(CNN)的移动机器人不确定模型参数估计方法, 提出了移动机器人的原对偶神经网络(PDNN)模型预测控制(MPC)轨迹跟踪控制算法. 对于轮式移动机器人而言, 轮胎侧偏刚度受到负载扰动、未建模动态和路况变化等不确定因素影响, 在实际行驶过程中难以实时测量. 论文研究侧偏刚度的CNN回归模型, 以估计机器人运行过程中的不确定性. 考虑前轮偏角与加速度等状态的约束条件, 研究基于CNN参数估计的移动机器人预测控制设计方法, 提出基于PDNN的移动机器人预测控制问题求解算法, 并证明了所提出基于CNN参数估计的PDNN-MPC算法稳定性. 最后, 为了验证控制器的有效性, 对所提出的PDNN-MPC算法进行验证.

【关键词】

轮式移动机器人; 轨迹跟踪; 模型预测控制; 原对偶神经网络; 卷积神经网络

【引用格式】

张浪文, 王中旭, 魏海翔, 等. 移动机器人轨迹跟踪的参数估计与原对偶神经网络预测控制. 控制理论与应用, 2026, 43(2): 278 – 286

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230790&flag=1

复杂给矿过程信号补偿法驱动的智能PI控制

【作者】

郭策, 张亚军, 贾瑶, 郑锐, 柴天佑

【摘要】

复杂给矿过程采用常规PI控制难以保证系统稳定运行. 本文首先根据给矿过程的机理特征建立由低阶线性模型和未知高阶非线性动态系统组成的混合动态模型. 其次, 提出了由信号补偿PI控制、规则推理、切换机制组成的智能PI控制方法, 该方法利用一步最优控制律设计信号补偿器, 削弱了非线性扰动和传输时延对给矿过程的影响, 并结合规则推理改善了闭环控制效果. 针对下矿时给矿机的切换问题, 设计了智能切换机制, 保证了给矿机的合理调配. 最后, 将所提方法应用于复杂给矿过程. 实际应用效果表明: 所提方法可将给矿量和给矿频率控制在工艺要求的目标值范围内.

【关键词】

给矿过程; 混合动态模型; 信号补偿; 切换机制; 智能PI控制

【引用格式】

郭策, 张亚军, 贾瑶, 等. 复杂给矿过程信号补偿法驱动的智能PI控制. 控制理论与应用, 2026, 43(2): 287 – 295

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230679&flag=1

双预设精度下车辆队列系统的自适应容错控制

【作者】

袁晓惠, 李赞, 安天骄, 董博

【摘要】

在智能交通领域, 车辆队列系统的协同跟踪控制是改善交通效率低下的有效手段, 并且实现车辆队列系统的精确快速跟踪至关重要. 因此, 针对车辆队列系统的协同跟踪控制问题, 本文提出了一种分布式预设时间观测器. 该观测器旨在使跟随车能够在预设时间内成功跟随领航车的状态, 其中领航车的输入对于部分跟随车不可用. 随后, 为了保证跟踪性能, 需要构建预设性能函数. 然而, 在车辆队列系统中途停止并重新启动, 或者改变领航车的动态时, 会导致性能函数的重新选择, 从而需要重新设计控制方案. 为了消除这一限制, 本文设计了一种不依赖于初始条件的性能函数, 并基于观测结果构建了预设性能下的跟踪控制协议, 以在保证暂态和稳态性能的前提下实现系统的精确快速跟踪; 此外, 为增强车辆队列系统的安全性, 本文提出了自适应补偿控制方案, 用以解决系统执行器故障问题. 所提出的控制方案能够在系统达到稳定的同时, 确保所有车辆在运行时保持安全间距; 最后, 通过仿真结果验证了所提出算法的有效性.

【关键词】

自适应控制; 分布式控制; 车辆队列系统; 预设时间观测器; 预设性能; 容错控制

【引用格式】

袁晓惠, 李赞, 安天骄, 等. 双预设精度下车辆队列系统的自适应容错控制. 控制理论与应用, 2026, 43(2): 316 – 324

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240008&flag=1

基于深度强化学习的孤立微电网分布式牵制协同控制

【作者】

柳伟, 胡添欢, 汤程烨

【摘要】

微电网能够组合运用源网荷储协调弥补分布式电源(DGs)出力不确定性的不足, 并在孤岛状态下最大程度保障用户的供电可靠性. 以孤立微电网为研究对象, 为解决一次下垂控制引起的电压频率偏差问题, 提出了一种基于深度强化学习的孤立微电网分布式牵制协同控制策略, 能够有效抑制负载扰动或系统拓扑结构变化时频率和电压的波动. 首先, 针对牵制一致性算法中牵制目标值难以准确预设和改变的问题, 采用深度强化学习算法中双重深度Q学习(DDQN)算法对牵制目标值进行自适应修正, 利用DDQN的适应性以及泛化能力, 提升牵制一致性算法的适应性和有效性; 其次, 设计了基于DDQN的牵制控制器结构, 并完成了状态空间、动作空间和奖励函数的定义; 最后, 仿真结果表明, 所提控制方法与传统的牵制控制和基于强化学习的牵制控制相比, 在抑制频率电压波动方面更具优势, 并且能更好的适应系统网络拓扑参数和结构的变化.

【关键词】

孤立微电网; 二次控制; 深度强化学习; 牵制控制; 分布式协同控制

【引用格式】

柳伟, 胡添欢, 汤程烨. 基于深度强化学习的孤立微电网分布式牵制协同控制. 控制理论与应用, 2026, 43(2): 325 – 334

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230762&flag=1

下肢康复外骨骼机器人新型固定时间滑模控制

【作者】

孙哲, 黄凡杰, 周袁, 陈博, 赵晴宇, 王海

【摘要】

本文针对下肢康复外骨骼机器人的步态轨迹跟踪问题提出了一种新型固定时间收敛滑模控制方法. 首先, 通过机理分析实现下肢康复外骨骼机器人动力学建模; 其次, 设计了一种新型非奇异快速终端滑动面, 实现固定时间收敛, 有效提升收敛速度. 基于此滑动面设计了针对下肢康复外骨骼机器人的新型滑模控制策略, 运用Lyapunov判据证明了控制系统的稳定性和全局固定时间收敛特性; 最后, 通过下肢康复外骨骼机器人实验平台对所提控制方法进行实验验证. 实验结果表明, 本文所提的控制方法能实现下肢外骨骼轨迹跟踪误差的快速收敛, 使稳态误差维持在1◦左右, 具备应对不同重量(61 kg和80 kg)穿戴者和不同步速(步态周期为8 s和6 s)参考轨迹的强鲁棒性, 并且对抖振现象具有一定的抑制作用.

【关键词】

下肢康复外骨骼; 滑模控制; 步态轨迹跟踪; 固定时间收敛

【引用格式】

孙哲, 黄凡杰, 周袁, 等. 下肢康复外骨骼机器人新型固定时间滑模控制. 控制理论与应用, 2026, 43(2): 375 – 385

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240018&flag=1

基于注意力绞杀的门控循环单元网络及其工业软测量应用

【作者】

隋璘, 马君霞, 熊伟丽

【摘要】

复杂工业过程非线性、动态性及变量冗余会导致建模难度增加与模型性能降低, 因此, 本文提出一种基于注意力机制与非负绞杀(NNG)估计的门控循环单元(GRU)网络, 并应用于实际工业过程软测量建模. 首先, 将时序注意力引入GRU网络, 根据不同时刻隐含层间的时序相关性, 自适应分配注意力权重, 提高模型时序特征表征能力; 其次, 设计了一种针对过程变量的注意力权重向量, 并嵌入NNG算法约束, 以实现其系数的近似无偏估计; 进一步采用带变量注意力的NNG算法对GRU网络进行稀疏优化, 降低模型复杂度, 提高其可解释性并防止过拟合, 通过数值仿真验证了算法的有效性和优越性; 最后, 将算法应用于某燃煤电厂烟气脱硫过程排放净烟气SO2浓度的软测量, 实验结果表明所提算法具有优于其它先进对比算法的性能, 能够在有效剔除冗余变量并简化模型结构的同时提高其预测性能.

【关键词】

软测量; 门控循环单元; 注意力机制; 非负绞杀; 变量选择; 稀疏优化

【引用格式】

隋璘, 马君霞, 熊伟丽. 基于注意力绞杀的门控循环单元网络及其工业软测量应用. 控制理论与应用, 2026, 43(2): 423 – 435

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230565&flag=1

复印机碳粉供应系统鲁棒模型预测控制

【作者】

方勇, 王泉, 杜军朝, 闫昱晓, 袁志毅

【摘要】

维持碳粉浓度稳定以确保印刷质量是复印机工程应用中的关键难题. 为解决复印机碳粉供应控制系统存在的长时滞与不确定性问题, 本文设计了一种基于鲁棒模型预测控制策略. 首先, 采用系统辨识法获得碳粉供应系统物理特性的数学模型; 其次, 针对复印机碳粉供应系统构建鲁棒模型预测控制器, 并引入改进的鲸鱼优化算法对控制器参数进行优化; 最后, 基于控制器代价函数求解最优碳粉补充量, 对系统持续实施在线滚动优化控制. 试验结果显示, 相较于应用广泛的PI控制器, 基于鲁棒模型预测的碳粉供应控制器在执行固定、递增和随机图像覆盖率任务时, 碳粉浓度变化均方根误差分别降低了8.0%, 4.8% 和25.0%, 标准差分别降低了1.4%, 5.4%和14.4%, 表明该方法可有效降低印刷过程中碳粉浓度变化离散程度, 具有更优越的动态性能控制效果.

【关键词】

模型预测控制; 复印机; 系统辨识; 碳粉供应; 鲸鱼优化算法

【引用格式】

方勇, 王泉, 杜军朝, 等. 复印机碳粉供应系统鲁棒模型预测控制. 控制理论与应用, 2026, 43(2): 436 – 442

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230832&flag=1

集员估计在PMSM逆变器开路故障诊断中的应用

【作者】

朱燕飞, 汪振杰, 李传江, 顾亚, 房宣妤

【摘要】

为了提高永磁同步电机驱动系统的安全性和可靠性, 针对逆变器开路故障问题, 本文提出了一种基于集员估计的逆变器故障诊断方法. 首先通过电机驱动系统的离散开关信号和连续电流状态变量, 建立电机驱动系统的数学模型; 再根据椭球集员估计的电流估计值与实际电流得到椭球残差电流, 并以估计椭球的长半轴作为阈值上下界, 通过判断三相椭球残差电流是否超出阈值上下界来进行单管6种故障的诊断与定位, 实现在系统正常运行时保持椭球残差电流在阈值内, 故障时减少诊断时间. 此外, 该方法只需要噪声未知但有界, 不需要了解噪声的部分先验知识, 具有更小的保守性. 仿真对比表明手动设置阈值对设置依赖性较高, 自适应阈值诊断时间相对过长, 本文提出的方法阈值依赖性弱、检测速度快、定位时间短、准确性高, 诊断时间约占电流周期的8%.

【关键词】

永磁同步电机; 逆变器; 开路故障诊断; 混合逻辑动态; 估计; 椭球残差

【引用格式】

朱燕飞, 汪振杰, 李传江, 等. 集员估计在 PMSM 逆变器开路故障诊断中的应用. 控制理论与应用, 2026, 43(2): 443 – 448

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240070&flag=1

结语

本专题通过11篇论文, 生动演绎了控制算法如何从理论公式演化为解决实际工程难题的钥匙. 无论是面对复杂非线性动力学的自适应策略, 还是融合人工智能的预测与决策框架, 或是保障系统高可靠性的容错与诊断技术, 其核心目标始终一致: 让系统在不确定的环境中, 依然能够可靠、精确、智能地完成既定任务. 这些研究成果不仅验证了先进控制理论的强大生命力, 也为无人系统、高端装备、智慧能源与智能制造等领域的进一步发展, 提供了坚实而富有启发性的技术方案. 控制技术的价值, 正是在这种与复杂现实世界的持续对话与挑战中, 得以不断彰显和升华.

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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