卷首语

从空中编队到高超声速飞行, 从机械臂避障到核燃料装卸, 控制算法正不断突破复杂环境、苛刻约束与安全风险的挑战. 本期我们精选八篇面向实际系统的控制应用研究, 涵盖无人机、高超声速飞行器、磁轴承、机械臂、无人船以及核工业装备等关键领域. 文章聚焦模型预测控制、深度置信网络、人工势场法、有限时间容错、数据驱动滚动优化、预设性能控制等前沿方法, 旨在提升系统在攻击、故障、输入受限、参数未知等恶劣条件下的自主性与鲁棒性.

论文

利用分布式模型预测控制的无人机编队轨迹规划

【作者】

胡景赫, 鲜斌, 姜鹏志

【摘要】

本文基于分布式模型预测控制方法, 设计了一种考虑多约束的无人机编队轨迹规划策略. 该策略使无人机编队在满足约束的前提下, 规划出从起始点到目标点的期望轨迹. 首先, 建立线性时不变的无人机编队运动模型. 然后, 在考虑状态约束、机间避碰及避障等约束的情况下, 以期望轨迹生成和编队保持为规划目标, 基于一致性的编队策略设计一种轨迹规划算法. 采用数值仿真的形式与现有的避碰算法进行比较, 体现了所设计的按需避碰算法的良好性能. 最后, 使用自主搭建的无人机系统在复杂环境中进行飞行实验, 验证本文设计的编队轨迹规划算法的有效性.

【关键词】

无人机编队; 轨迹规划; 分布式控制; 模型预测控制

【引用格式】

胡景赫, 鲜斌, 姜鹏志. 利用分布式模型预测控制的无人机编队轨迹规划. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 738 – 746

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240037&flag=1

深度置信网络在四旋翼无人机传感器攻击检测中的应用

【作者】

石鹏程, 赵振根, 李庆龙

【摘要】

为了实现四旋翼无人机的传感器攻击快速准确检测, 本文提出了一种基于状态估计和深度学习的攻击检测算法. 首先, 算法利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)估计无人机状态, 并从传感器测量中提取特征信息. 接着, 采用滑动时序窗口构建检测信息, 并通过深度置信网络(DBN)建立检测信息与传感器状态(是否受攻击)之间的非线性映射关系. EKF简化了传感器状态检测信息的获取过程, 而DBN准确拟合了复杂的非线性关系, 从而显著提高了检测精度. 为增强状态估计的可靠性, 本文还设计了一种自适应EKF算法, 能够在检测到传感器攻击时动态调整测量噪声的协方差矩阵. 仿真结果表明, 所提出的EKF-DBN检测算法在准确率和检测效率上优于传统方法.

【关键词】

扩展卡尔曼滤波器; 深度置信网络; 攻击检测; 四旋翼无人机; 自适应滤波

【引用格式】

石鹏程, 赵振根, 李庆龙. 深度置信网络在四旋翼无人机传感器攻击检测中的应用. 控制理论与应用, 2025, 42(4): 774 – 782

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240199&flag=1

基于人工势场法的机械臂动态运动基元局部平滑避障方法

【作者】

刘暾东, 林晨滢, 吴晓敏

【摘要】

针对机械臂在空间中规划避障轨迹存在的建模效率低、轨迹易振荡问题, 本文提出了一种基于人工势场法的机械臂动态运动基元局部平滑避障方法. 该方法采用动态运动基元(DMP)学习单条示教轨迹的特征参数, 实现对空间内任意目标点进行相似轨迹的快速泛化建模; 通过设置障碍物距离约束, 引入人工势场方法(APF)对DMP泛化轨迹进行局部避障规划, 并提出一种虚拟目标点策略提升轨迹的规划稳定性; 利用3次贝塞尔插值生成过渡曲线, 实现平滑避障, 消除轨迹振荡问题. 为验证方法的有效性, 以有色金属去渣工艺为背景, 分别开展机械臂在静态、动态障碍物场景下的避障实验. 实验结果表明: 本文所提方法相较于传统的避障规划方法, 平均规划时间效率和轨迹平滑性都有所提高, 具有良好的应用前景.

【关键词】

机械臂; 动态运动基元; 人工势场; 局部平滑避障

【引用格式】

刘暾东, 林晨滢, 吴晓敏. 基于人工势场法的机械臂动态运动基元局部平滑避障方法. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 783 – 792

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240128&flag=1

高超声速飞行器再入轨迹跟踪的块压缩模型预测控制方法

【作者】

孙启超, 徐娟娟, 张焕水

【摘要】

本文针对高超声速飞行器的再入轨迹跟踪控制问题, 考虑了非线性模型预测控制的计算加速方法. 首先采用序列二次规划算法, 将非线性最优控制问题转化为迭代差值的线性最优控制问题, 再应用块压缩方法, 将长时域问题转化为多段较短区间内的最优控制问题. 利用对偶特性推导了由拉格朗日乘子优化问题和分段最优控制问题组成的双层迭代结构. 由于拉格朗日乘子迭代优化, 相邻的最优问题解耦, 可以并行计算. 最后, 对控制和拉格朗日乘子同时进行热启动, 减少迭代次数, 提高求解速度. 仿真结果显示, 在保证控制效果的前提下, 控制器求解速度显著提高.

【关键词】

高超声速飞行器; 轨迹跟踪; 模型预测控制; 块压缩; 序列二次规划

【引用格式】

孙启超, 徐娟娟, 张焕水. 高超声速飞行器再入轨迹跟踪的块压缩模型预测控制方法. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 814 – 820

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240089&flag=1

含执行器故障的磁轴承转子位置有限时间容错控制

【作者】

付强, 陈洪, 谢七月

【摘要】

本文针对主动磁悬浮轴承系统在外部干扰、执行器故障情况下转子位置跟踪控制问题, 提出一种基于扩张状态观测器和非奇异快速终端滑模的有限时间容错跟踪控制策略, 以解决普通滑模控制不能有限时间收敛和传统容错控制带来的磁轴承系统设计成本高、体积大的不足. 首先, 本文设计了扩张状态观测器, 以估计磁轴承系统包含内外扰动和执行器故障的集总扰动项, 实现系统扰动补偿与解耦. 基于以上, 引入非奇异快速终端滑模面, 设计有限时间容错控制器, 实现磁轴承转子位置的有限时间容错控制. 最后, 利用Lyapunov函数对所设计控制器的稳定性和有限时间内收敛进行了分析证明. 通过仿真实验对比验证了所设计控制器的有效性和优越性.

【关键词】

磁悬浮轴承; 位置控制; 滑模控制; 扩张状态观测器; 执行器故障

【引用格式】

付强, 陈洪, 谢七月. 含执行器故障的磁轴承转子位置有限时间容错控制. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 821 – 831

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240341&flag=1

输入受限的核燃料装卸机边界振动控制

【作者】

付云, 冯明辉, 黄玉水, 彭杰

【摘要】

本文研究输入受限的核燃料装卸机的振动控制及位置控制. 为完成预期运行任务, 核燃料装卸机夹紧燃料棒在水下沿导轨移动. 本文考虑外部干扰的影响并分析燃料棒振动与装卸机运动间的耦合作用, 建立了非齐次高阶刚柔耦合分布参数模型. 运用反步法, 设计边界控制方案来运送燃料棒至给定位置, 并同时约束燃料棒的侧向及横向振动. 构造双曲正切函数以抑制外部干扰的影响. 引进辅助系统及Nussbaum函数来处理输入饱和问题. Lyapunov稳定性分析和仿真实验均证明了本文所提边界控制方案可以确保核燃料装卸机系统一致有界稳定.

【关键词】

核燃料装卸机; 分布参数控制系统; 振动控制; 边界控制; 输入限制

【引用格式】

付云, 冯明辉, 黄玉水, 等. 输入受限的核燃料装卸机边界振动控制. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 874 – 882

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240169&flag=1

数据驱动的未知复杂系统在线滚动辨识与优化控制

【作者】

杨少布道, 傅安琪, 乔俊飞

【摘要】

文章重点研究了仅利用有限输入–状态数据对未知复杂系统, 进行辨识并设计预测控制的方法. 所提出方法关键创新在于, 在时间序列上随系统运行对非线性系统建立线性模型并滚动辨识模型参数, 进而设计模型预测控制器. 首先, 考虑有限的输入–状态数据, 通过结合集合运算和求解优化问题反推拟合该组数据的线性状态空间模型; 之后, 利用模型预测算法获得下一时刻系统控制输入, 更新输入–状态数据集, 进行下一轮的参数辨识和控制量计算. 线性系统和智能供水系统实验结果表明, 所提出的方法能够实现对未知复杂系统的在线滚动辨识和优化控制.

【关键词】

在线滚动辨识; 模型预测控制; 奇诺多面体; 智能供水系统

【引用格式】

杨少布道, 傅安琪, 乔俊飞. 数据驱动的未知复杂系统在线滚动辨识与优化控制. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 905 – 914

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240318&flag=1

欠驱动无人船预设性能轨迹跟踪控制

【作者】

杨铭宣, 王保防, 蔡明洁, 于金鹏

【摘要】

针对欠驱动无人船高精度轨迹跟踪控制, 本文提出了一种基于扰动观测器的有限时间预设性能轨迹跟踪控制方法. 首先, 引入预设性能函数, 对误差变量进行限制, 并通过变换函数对限制后的误差变量进行转换, 用于控制设计过程, 确保轨迹跟踪控制系统按预设性能收敛; 其次, 采用动态面技术, 令虚拟控制信号通过一阶滤波器, 避免对虚拟控制律的直接求导, 简化控制律设计过程; 随后, 针对时变的外部扰动, 设计了有限时间扰动观测器, 对扰动进行估计和补偿, 通过理论分析证明了系统的实际有限时间稳定性; 最后, 通过设计对比仿真, 验证了所提控制方法的有效性和优越性.

【关键词】

欠驱动无人船; 轨迹跟踪; 预设性能控制; 有限时间扰动观测器; 动态面控制

【引用格式】

杨铭宣, 王保防, 蔡明洁, 等. 欠驱动无人船预设性能轨迹跟踪控制. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 927 – 935

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240229&flag=1

结语

从高超声速飞行的轨迹驾驭, 到核燃料装卸的精密防振; 从无人机编队的协同规划, 到机械臂灵巧的自主避障, 本期八项研究清晰地表明, 控制算法的价值在解决极端约束与复杂场景下的实际问题中得到终极检验. 无论是应对模型不确定性、执行器故障、外部攻击, 还是满足严格的输入、性能与安全边界, 研究者们通过融合模型预测、智能诊断、势场规划、数据驱动与预设性能等先进工具, 赋予各类高价值、高风险系统更强的适应力、生存力与智能水平. 面向未来的高端装备与复杂任务, 控制技术必须成为在未知、干扰与风险中, 仍能确保系统自主、可靠、精确运行的"智能守护者". 这些前沿应用, 不仅验证了控制理论的强大潜力, 更为航空航天、先进制造、能源安全、无人系统等领域向更高水平自主与安全演进, 铺设了坚实的技术阶梯.

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）。

【收录】

目前被美国《工程索引》（Ei Compendex）、SCOPUS、CSCD、美国的《化学文摘》(CA)、英国《科学文摘》(Inspec)、德国《数学文摘》、俄罗斯《文摘杂志》(AJ)、《日本科学技术振兴机构中国文献数据库》等国内外检索系统收录。

官网：https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/index.aspx

知网优先发表：https://navi.cnki.net/knavi/journals/KZLY/detail

投稿：https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/author/login.aspx

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