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《控制理论与应用》2026年第3期虚拟专刊：控制算法应用新突破

已有 389 次阅读 2026-5-9 11:21 |个人分类:刊期目录|系统分类:博客资讯

卷首语

控制理论的魅力, 在于它能够落地于千差万别的物理系统, 解决真实的工程难题. 本期我们精选十一篇聚焦控制算法应用的研究, 对象涵盖无人机、无人船、高速列车、工业门机、康复机器人、精密伺服、制导武器、智能薄板、发动机节气门以及倒立摆等典型平台. 这些工作不仅展示了滑模、自抗扰、无模型自适应、迭代学习、事件触发、预设性能等先进方法的实用价值, 更在建模、抗扰、防滑、防摇、轮廓精度、收敛速度等关键性能上给出了创新方案.

论文

时变质量双涡喷构型无人机建模与轨迹跟踪

【作者】

闫林, 李鹏, 何家兴, 张钊

【摘要】

针对一类以双涡喷发动机作为矢量推力系统的无人机(DJUAV)轨迹跟踪问题, 本文提出了一种在模型时变质量条件下的自适应滑模控制方法. 首先, 对一般飞行器的六自由度模型在时变质量的条件下加以扩展, 建立时变质量飞行器的数学模型. 其次, 对所设计矢量推力机构制定分配策略, 以满足控制系统力与力矩的需要. 在此基础上, 设计一种自适应滑模控制器, 保证系统面对自身时变质量所带来的模型不确定性, 能够实现期望轨迹的跟踪, 并且位置跟踪误差渐近收敛到零. 最后, 仿真验证了所建立数学模型的可行性与控制器的有效性.

【关键词】

双涡喷发动机; 无人机; 时变质量; 建模; 轨迹跟踪; 自适应滑模

【引用格式】

闫林, 李鹏, 何家兴, 等. 时变质量双涡喷构型无人机建模与轨迹跟踪. 控制理论与应用, 2026, 43(3): 460 – 470

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230663&flag=1

基于扰动区间观测器的四旋翼无人机几何控制

【作者】

蔡庆, 邱宏凌, 费城, 沈俊

【摘要】

针对扰动作用下的四旋翼无人机跟踪控制问题, 基于区间观测器设计了几何跟踪控制策略. 首先, 对于一类由外源系统生成的扰动, 在龙伯格观测器的基础上借助区间估计技术设计了扰动区间观测器, 实现了对扰动上下界的估计; 其次, 利用扰动区间信息设计了扰动效应指示器以判断扰动对四旋翼无人机姿态的影响, 构建了内环几何控制器; 然后, 基于扰动估计信息设计了外环位置控制器, 保证了跟踪误差满足预设的约束, 并证明了跟踪误差是有界的; 最后, 通过仿真验证了该方法的有效性.

【关键词】

四旋翼无人机; 区间观测器; 扰动效应指示器; 几何控制

【引用格式】

蔡庆, 邱宏凌, 费城, 等. 基于扰动区间观测器的四旋翼无人机几何控制. 控制理论与应用, 2026, 43(3): 491 – 500

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230628&flag=1

散货码头门机负载防摇无模型自适应控制

【作者】

姚文龙, 刘旺旺, 池荣虎, 慕成林, 李博洋

【摘要】

针对门机在散货码头作业工况下的负载防摇控制问题, 考虑门机系统难以精确建模及外部未知扰动情况, 提出一种改进的双输入双输出无模型自适应控制方法. 首先, 基于传统紧格式动态线性化数据模型在输出变量前增加一个时变参数向量, 改进的数据模型能更好地描述门机系统的动态特性, 提高控制器的自适应性和鲁棒性; 然后, 利用整定算法在线计算伪雅可比矩阵估计律, 设计适用于散货码头门机系统的改进无模型自适应负载防摇控制算法; 最后, 对系统稳定性进行理论分析. 通过仿真对比验证了改进后的控制方法可以更有效抑制并快速消除负载摆动, 同时对外部未知扰动具有较强的鲁棒性.

【关键词】

门座式起重机; 无模型自适应控制; 散货码头; 负载防摇; 双输入双输出系统

【引用格式】

姚文龙, 刘旺旺, 池荣虎, 等. 散货码头门机负载防摇无模型自适应控制. 控制理论与应用, 2026, 43(3): 509 – 520

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230392&flag=1

带有事件触发和输入量化的无人船轨迹跟踪控制

【作者】

宁君, 王二月, 李铁山, 陈俊龙

【摘要】

针对航海实践中通信带宽受限问题, 本文提出了带有事件触发机制和输入量化的欠驱动无人船(USV)轨迹跟踪控制策略. 首先, 为了实现对期望轨迹的有效跟踪, 补偿因海流造成的运动学偏移, 在USV运动学子系统中, 利用扩张状态观测器观测偏移量, 设计了基于观测结果的制导律. 其次, 在USV动力学子系统中, 引入径向基神经网络以近似模型不确定性, 设计了带有事件触发机制的自适应神经网络量化控制器. 针对输入量化为非均匀量化的挑战, 本文引入了描述输入量化过程的线性解析模型, 在设计系统控制律时无需输入量化参数的先验信息, 能够有效增强所设计系统的自适应性与通用性. 本文所设计的带有事件触发和输入量化的USV轨迹跟踪控制方法能够降低执行器的控制频率和幅度, 从而减轻通信负担. 此外, 基于输入到状态稳定性理论证明了闭环系统的稳定性, 同时证明了闭环系统中无芝诺现象. 最后, 通过仿真实验验证了所提方法的有效性.

【关键词】

欠驱动无人船舶; 扩张状态观测器; 输入量化; 自适应神经网络控制; 事件触发机制

【引用格式】

宁君, 王二月, 李铁山, 等. 带有事件触发和输入量化的无人船轨迹跟踪控制. 控制理论与应用, 2026, 43(3): 530 – 540

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230488&flag=1

带输入时滞的高速列车防滑控制

【作者】

蔡亮成, 乐洋, 黄德青

【摘要】

列车防滑控制通过调整蠕滑率确保行车安全. 现有列车防滑控制依赖车载传感器采集车速与轮速等状态信息. 因为列车通信网络能力限制, 存在实时运行数据与采集数据不匹配的输入时滞现象. 输入时滞影响防滑控制性能, 甚至导致防滑控制失效. 为解决上述问题, 本文建立了带输入时滞的列车黏着动力学模型, 分析不同运行阶段的列车黏着特性, 设计带输入时滞的列车运行全过程防滑控制方案. 首先, 利用线性化技术逼近上述动力学模型, 计算系统的输入时滞上界及其控制器参数; 然后, 根据输入时滞上界, 使用估计器设计时滞补偿的列车防滑控制器. 仿真实验表明: 现有防滑控制无法处理输入时滞的不良影响; 本文方法不仅解决输入时滞对列车防滑控制的不利影响, 还具有鲁棒性.

【关键词】

输入时滞; 防滑控制; 线性化技术; 线性矩阵不等式

【引用格式】

蔡亮成, 乐洋, 黄德青. 带输入时滞的高速列车防滑控制. 控制理论与应用, 2026, 43(3): 541 – 550

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230767&flag=1

融合Steffensen加速迭代与无模型自适应终端滑模的双轴进给伺服系统轮廓控制

【作者】

黄亮, 黄华, 赵秋舸, 梅乐

【摘要】

针对双轴进给伺服系统在跟踪非线性轨迹时, 由于系统负载变化和轮廓误差难以快速、准确地估计, 进而影响加工精度的问题, 提出一种Steffensen加速迭代的轮廓误差估计(CEE)方法和一种无模型自适应离散终端滑模控制(MFA-DTSMC)的轮廓误差控制(CEC)方法. 首先, 考虑系统中存在的不确定动态的影响, 将不依赖系统模型精度的无模型自适应控制(MFAC)与离散终端滑模控制(DTSMC)结合, 同时采用基于最小化代价函数的在线干扰估计算法, 提出一种新的带有干扰补偿的MFA-DTSMC单轴控制器. 进一步地, 为提升双轴进给伺服系统的轮廓性能, 设计了Steffensen加速迭代的CEE方法. 实验结果表明, 与现有的CEE方法相比, Steffensen加速迭代方法能够提高轮廓误差估计准确率和实时性, 所提控制方法可以克服系统不确定动态的影响, 能够准确跟踪期望轮廓曲线, 提高轮廓加工精度.

【关键词】

双轴进给伺服系统; 轮廓误差; Steffensen加速迭代; 无模型自适应控制; 离散终端滑模控制

【引用格式】

黄亮, 黄华, 赵秋舸, 等. 融合Steffensen加速迭代与无模型自适应终端滑模的双轴进给伺服系统轮廓控制. 控制理论与应用, 2026, 43(3): 573 – 586

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230678&flag=1

面向上肢康复的改进Hammerstein模型与最优迭代学习控制

【作者】

霍本岩, 李祯, 刘艳红, 赵新刚, 张宇波

【摘要】

功能性电刺激(FES)是一种临床上常用的康复技术, 但目前基于FES的康复设备需要由康复医师根据经验控制, 控制精度难以保证. 本文使用参数递推辨识方法建立上肢肌骨系统的Hammerstein模型, 进而提出了基于数据驱动Hammerstein模型的最优迭代学习控制方法. 首先, 分别使用神经网络(NN)、传递函数表示肌肉收缩过程中的招募曲线(IRC)与线性激活动态(LAD), 建立预训练数据集并对模型参数进行递推辨识, 从而建立上肢肌骨系统的改进Hammerstein模型; 然后, 根据模型的IRC与LAD分别设计NN非线性控制器与参数最优迭代学习控制器(POILC), 得到NN与POILC串联控制器(NPOILC); 最后, 搭建上肢康复系统实验平台, 招募5位受试者对所提出的方法进行实验验证. 实验结果表明: 相较于传统的PD型迭代学习控制器和多项式与POILC串联控制器, 本文提出的NPOILC最终迭代的均方根误差分别由8.02◦与9.74◦降低至4.87◦, 分别下降了39.3%与50.0%; 收敛迭代数分别由平均5.0次与4.3次减至3.4次, 分别下降了32.0%与20.9%. 实验结果验证了本文方法的有效性, 实现了上肢康复系统的建模与控制, 且具有较高的控制精度与较快的收敛速度.

【关键词】

功能性电刺激; Hammerstein模型; 迭代学习控制; 上肢康复系统

【引用格式】

霍本岩, 李祯, 刘艳红, 等. 面向上肢康复的改进Hammerstein模型与最优迭代学习控制. 控制理论与应用, 2026, 43(3): 587 – 595

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230836&flag=1

固定时间收敛的预设性能攻击时间控制制导方法

【作者】

钟绮霖, 李国飞, 吴云洁, 左宗玉, 吕金虎

【摘要】

针对飞行器指定攻击时间命中机动目标问题, 提出一种自适应预设性能攻击时间控制制导方法. 考虑到误差收敛时间对攻击时间控制制导律命中时间精度的影响, 给出一种具备固定时间收敛特性的性能包络函数, 提出可固定时间收敛的预设性能制导律, 并分析性能函数参数选取与初始加速度变化之间的关系. 通过对性能函数参数的设置, 可结合飞行器自身机动能力实现对攻击时间误差瞬态性能和稳态性能的调节, 并使得攻击时间误差在攻击时间指令前收敛至性能函数包络范围内. 仿真结果验证了所提出制导方法的有效性和正确性.

【关键词】

制导; 机动目标; 攻击时间控制; 预设性能; 固定时间收敛

【引用格式】

钟绮霖, 李国飞, 吴云洁, 等. 固定时间收敛的预设性能攻击时间控制制导方法. 控制理论与应用, 2026, 43(3): 625 – 633

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240028&flag=1

多源不确定条件下智能薄板主动振动抑制

【作者】

国佳, 文新宇, 李生权, 崔洋洋

【摘要】

针对压电元件导致的输入不确定和加速度传感器滞后问题, 提出一种复合观测器方法实现智能薄板结构的主动振动抑制. 首先, 采用输出递推观测器估算出振动源延迟信号. 然后, 设计预估器补偿传感器造成的相位滞后, 得到等效振动估计值. 为避免估计值中的非规则信号产生较大的补偿输入不确定, 对估计值进行整形, 得到更光滑的振动补偿信息. 该方法充分利用平台的特性和规律, 给出了系统化的振动补偿设计方案. 利用李雅普诺夫方法, 证明了闭环系统一致最终有界. 最后, 通过仿真以及智能薄板结构振动平台实验, 验证了复合观测器振动抑制方法的有效性.

【关键词】

复合观测器; 智能薄板结构; 主动振动抑制; 输出时滞; 压电元件

【引用格式】

国佳, 文新宇, 李生权, 等. 多源不确定条件下智能薄板主动振动抑制. 控制理论与应用, 2026, 43(3): 643 – 651

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240287&flag=1

节气门离散二阶变增益滑模控制及实验分析

【作者】

林荣嘉, 龙云, 姚崇, 宋恩哲, 柯赟

【摘要】

针对电子节气门的非线性和扰动导致控制精度低的问题, 本文提出了一种新型的离散高阶滑模控制器. 首先, 采用欧拉离散方法建立电子节气门离散模型, 基于离散时间高阶滑动模态理论, 提出一种多步长递推到达率, 为兼顾收敛速度和稳态精度, 采用非线性切换增益代替传统固定增益, 使稳态切换增益能维持最小水平; 同时, 基于延迟步长的扰动估计方法, 对系统未知扰动进行估计, 使滑动变量满足采样步长的高阶精度, 并结合所提出的到达率设计离散快速终端高阶滑模控制器; 然后, 理论分析了闭环系统的稳定性, 求解了系统滑动变量和跟踪误差的稳态精度; 最后, 设计两种实验测试方案, 将所提出控制器与自抗扰控制器及常见的两种离散滑模控制器进行实验对比, 实验结果表明所提出的控制器在干扰抑制、连续性和跟踪精度都有更好的表现.

【关键词】

离散滑模控制; 电子节气门; 高阶滑模控制; 多步长递推; 非线性切换增益; 干扰抑制

【引用格式】

林荣嘉, 龙云, 姚崇, 等. 节气门离散二阶变增益滑模控制及实验分析. 控制理论与应用, 2026, 43(3): 652 – 660

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230786&flag=1

基于离散时间输出调节方法的二级倒立摆跟踪控制

【作者】

张文军, 平兆武, 黄云志, 葛锁良, 卢俊国

【摘要】

二级倒立摆是一种典型的多变量、非线性、欠驱动机械系统. 同时, 小车和导轨之间存在时变的摩擦力. 因此, 二级倒立摆的高精度跟踪控制问题具有一定的挑战性. 为了解决时变参考信号下二级倒立摆的跟踪控制问题, 本文基于近似离散时间输出调节理论提出了一种带有自适应摩擦补偿的三阶控制器. 首先, 采用基于近似离散时间输出调节理论的多项式近似方法, 设计了一个三阶控制器来实现无摩擦情况下二级倒立摆的跟踪控制; 其次, 考虑到小车与导轨之间存在的摩擦力会影响系统的跟踪性能, 本文设计了一个自适应摩擦补偿器, 并将其与三阶控制器相结合, 形成最后的控制方案. 实验结果表明, 本文所提出的控制算法具有良好的跟踪性能.

【关键词】

二级倒立摆; 跟踪控制; 输出调节; 摩擦补偿; 欠驱动机械系统

【引用格式】

张文军, 平兆武, 黄云志, 等. 基于离散时间输出调节方法的二级倒立摆跟踪控制. 控制理论与应用, 2026, 43(3): 684 – 690

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230555&flag=1

结语

从港口门机的平稳防摇, 到高速列车的精准防滑; 从无人机、无人船的自主循迹, 到精密伺服系统的协同轮廓控制, 本期十一项研究以具体工程对象为牵引, 生动诠释了"控制即服务"的核心理念. 研究者在滑模、自抗扰、无模型自适应等先进理论的工具箱中, 针对防扰、抗滑、抑振、快敛等核心痛点, 精心选择、组合并创新算法, 实现了从理论方程到系统性能的跨越. 这些工作表明, 先进控制技术的价值, 不在于其数学形式的复杂, 而在于其解决特定工程难题的精准、鲁棒与高效. 无论是天上飞的、地上跑的、海中行的, 还是生产线上的精密装备, 控制算法的突破最终都转化为更安全、更高效、更智能的系统行为, 持续推动着各行业向自动化与智能化的新高度迈进.

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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