博文

《控制理论与应用》2026年第4期虚拟专刊：智策融合·优化赋能

已有 285 次阅读 2026-5-14 10:02 |个人分类:刊期目录|系统分类:博客资讯

卷首语

在工业过程、物流调度、无人机作业等复杂场景中, 决策与优化已从单一算法走向混合智能: 从路径规划到故障检测, 从软测量到协同调度, 高效、自适应、分布式的优化机制正成为核心驱动力. 本期精选九篇前沿研究, 涵盖综述、故障诊断、多智能体路径规划、软测量、协同优化、在线约束优化及多目标回归等方向, 展示了决策优化方法在理论与应用层面的深度拓展.

论文

无人机覆盖路径规划方法综述

【作者】

孙伟昌, 罗志浩, 石建迈, 刘忠

【摘要】

无人机具有成本低、机动灵活、贴近侦察等优点, 在执行区域覆盖扫描任务时能够有效提高作业效率, 被广泛应用于战场侦察、农业植保、野外搜救、林区监测等军事和民用领域. 当前无人机覆盖路径规划问题已成为无人机自控领域的研究重点. 本文系统梳理了近年来无人机覆盖路径规划问题的主要研究文献, 分析了问题的概念、特点和分类, 从环境建模方法、问题模型和规划算法3个方面进行了分类综述. 其中, 在路径规划算法中, 对研究中涉及的经典算法、构造式启发式算法、元启发式算法和以及学习类等算法进行了分析总结. 最后, 对无人机覆盖路径规划问题研究的发展趋势进行了总结和展望.

【关键词】

无人机; 覆盖路径规划; 环境建模; 规划模型; 路径规划算法

【引用格式】

孙伟昌, 罗志浩, 石建迈, 等. 无人机覆盖路径规划方法综述. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 709 – 727

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240006&flag=1

基于稀疏规范变量差异度分析的化工过程微小故障检测

【作者】

陈添艺, 潘东辉, 陈新, 张海峰

【摘要】

微小故障由于其故障征兆不明显, 且在高维数据下可能出现变量共线性的情况, 导致协方差矩阵病态而难以求逆, 甚至不可逆, 因此传统的多元统计分析方法难以在故障发生早期对其进行检测. 针对上述问题, 本文提出了基于稀疏规范变量差异度分析(SCVDA)的微小故障检测方法. 首先, 构造改进惩罚矩阵分解算法(IPMD)对Hankel矩阵执行矩阵分解, 获得稀疏规范变量, 其增强了变量间潜在关系的直观理解, 并有助于发现故障变量. 其次, 利用正常阶段规范变量的协方差和伪逆分别对状态向量和残差向量进行变量赋权, 进而使用稀疏表征后的规范变量, 来构造基于条件期望的早期微小故障检测指标. 此外, 采用核密度估计确定非高斯分布数据下统计指标的控制限. 最后, 通过田纳西伊斯曼(TE)化工过程和连续搅拌反应釜(CSTR)的案例研究结果表明, 所提方法在TE过程中相比SCVA, CVDA在检测率上分别取得了29.0%, 16.6%的提升, 在CSTR过程微小故障检测中, 相比上述算法分别提前142, 96个样本预警到故障.

【关键词】

规范变量差异度分析; 微小故障; 故障检测; 稀疏表征; 核密度估计

【引用格式】

陈添艺, 潘东辉, 陈新, 等. 基于稀疏规范变量差异度分析的化工过程微小故障检测. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 755 – 764

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240066&flag=1

基于优先级重规划的通信多智能体路径规划

【作者】

李心怡, 李衍杰

【摘要】

多智能体强化学习(MARL)因其出色的泛化能力和快速的计算速度, 已成为解决实时性要求高任务的有效工具, 并在多智能体路径规划(MAPF)问题中得到了广泛的研究和应用. 尽管如此, 当智能体密度极高时, 基于强化学习的MAPF求解器仍面临为智能体规划无碰撞路径的难题. 现有的多数学习型MAPF求解器在预测到潜在碰撞时, 倾向于将智能体的移动暂停作为替代动作, 而在智能体之间缺乏有效的协同机制, 这可能引发死锁. 为应对这一挑战, 本研究提出了一种结合了强化学习和带注意力机制的通信网络的方法, 旨在优化MAPF问题的求解. 此外, 为降低高密度智能体环境中死锁的发生率, 本研究设计了一套动作检测与重规划策略. 研究中还引入了一种内部奖励机制, 旨在激励智能体探索环境并加速其达到目标位置的过程. 经过实验验证, 所提出的方法在准确率方面显著优于现有先进的学习型MAPF方法, 并在多个环境中的表现与接近最优解的求解器相媲美.

【关键词】

重规划; 优先级; 动作检测; 内部奖励机制; 路径规划

【引用格式】

李心怡, 李衍杰. 基于优先级重规划的通信多智能体路径规划. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 765 – 773

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240112&flag=1

改进弗雷歇距离的AROMF及在流程工业故障诊断应用

【作者】

雷海, 曹健, 李擎

【摘要】

针对复杂的动态流程工业过程中故障模式匹配因曲线长度或参数化差异导致的匹配难题, 本文提出了一种新颖的基于弗雷歇距离的自适应秩序形态滤波器集成局部保留投影的故障诊断方法. 首先, 在本文所提出的基于弗雷歇距离的自适应秩序形态滤波器集成局部保留投影(LPP-FAROMF)方法中, 保留数据局部流形信息的局部保留投影(LPP)算法, 用来提取出与故障相关的特征信息, 解决了数据的高维和非线性问题, 进而得到所需的模板信号和测试信号; 其次, 将弗雷歇距离引入自适应秩序形态滤波器(AROMF)的距离误差中, 用来对测试信号进行基于弗雷歇距离的自适应顺序形态滤波器(FAROMF)变换得到输出趋势特征, 该方法降低了对曲线长度和参数化的一致性要求, 而且可以综合考虑空间相似性和动态特征, 因此计算输出趋势与模板趋势之间的误差更加准确且合理; 最后, 田纳西–伊士曼过程被用来验证所提出方法的性能. 结果表明, (LPP-FAROMF)在故障诊断中表现出更高的准确度、鲁棒性和速度.

【关键词】

故障诊断; 弗雷歇距离; 局部保留投影; 田纳西–伊士曼过程

【引用格式】

雷海, 曹健, 李擎. 改进弗雷歇距离的 AROMF及在流程工业故障诊断应用. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 832 – 842

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240291&flag=1

面向空气分离过程的动态集成增量学习软测量算法研究

【作者】

吴修粮, 赵磊, 曹茂永, 孙凯

【摘要】

针对空气分离过程多模态、多变量、大时延及存在测量离群点等问题, 本文提出了一种基于Lipschitz循环神经网络(LRNN)的动态增量学习软测量算法. 首先, 利用易收敛、稳定性好的LRNN处理过程数据中存在的非线性和时延问题. 其次, 设计了一种新颖的 LRNN 损失函数, 该函数结合了Log-Cosh估计对离群点的鲁棒性和L1正则化的模型稀疏特性, 能够有效处理过程的测量离群点和模型冗余问题. 进一步, 对不同鲁棒LRNN基础模型进行动态加权集成, 提高了模型对生产过程模态变化的适应性. 最后, 将所提出的算法应用于某钢厂实际空气分离过程中低压塔出口O2浓度的软测量建模, 并通过与其他先进算法进行比较, 验证了所提出方法的有效性和优越性.

【关键词】

循环神经网络; 空气分离过程; Log-Cosh估计; L1正则化; 增量学习; 软测量

【引用格式】

吴修粮, 赵磊, 曹茂永, 等. 面向空气分离过程的动态集成增量学习软测量算法研究. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 843 – 852

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240246&flag=1

基于特征融合的粗轧出口温度建模方法与应用

【作者】

张凯, 王亚礼, 张晓雯, 彭开香

【摘要】

在带钢热连轧过程中, 粗轧出口温度受加热炉和粗轧工序共同影响, 其建模精度是提高成品带钢质量的关键. 现有方法大多基于机理模型或仅将加热炉与粗轧数据融合, 对两个工序的特征提取不充分, 且不利于所提出方法在两工序的分布式部署. 为此, 本文提出了一种基于特征融合的热连轧过程粗轧出口温度建模方法. 该方法首先针对两个工序数据的特点构建了联合长短期记忆(LSTM)网络和时间卷积网络(TCN)的特征提取模型, 并利用LSTM实现了两部分特征的融合, 进而利用全连接模块构建粗轧出口温度的预测模型; 其次, 考虑到热连轧过程带钢品种和规格的多样性, 构建了预测模型的更新机制; 最后, 将所提出预测方法分布式部署到云边端协同的热连轧过程原型系统中, 利用某钢铁公司2150产线的实际数据验证了方法的有效性. 验证结果表明, 本文方法与传统方法相比预测精度提高35.69%, 且在采样周期100 ms下, 预测与更新机制满足实时性要求.

【关键词】

热连轧; 温度预测; 特征融合; 自适应更新; 云边端

【引用格式】

张凯, 王亚礼, 张晓雯, 等. 基于特征融合的粗轧出口温度建模方法与应用. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 853 – 864

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240252&flag=1

改进教学优化算法求解执行器配置与生产调度协同优化问题

【作者】

谭伟华, 吴亮红, 李哲, 袁小芳

【摘要】

在实际柔性作业车间中, 执行器配置与生产调度的高效协同有利于提高生产决策的全局性, 从而提升车间的柔性加工能力. 针对执行器配置与生产调度的多目标协同优化问题, 以最小化综合生产成本和完工时间为优化目标, 构建了混合整数规划模型, 使得小规模问题通过可以Gurobi精确求解. 本文提出了一种两阶段离散教学优化算法, 设计了学习强度自适应调整方法和改进关键工序移动策略, 以提升算法的效率和多目标平衡搜索能力. 通过仿真实验, 分析验证了所提协同优化方法的优越性和所提算法的有效性.

【关键词】

柔性作业车间调度; 资源配置; 多目标优化; 教学优化算法

【引用格式】

谭伟华, 吴亮红, 李哲, 等. 改进教学优化算法求解执行器配置与生产调度协同优化问题. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 865 – 873

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240224&flag=1

时变不平衡有向图上分布式在线约束优化算法

【作者】

李庆海, 朱亚楠, 刘洪喆

【摘要】

本文研究了一类分布式在线约束优化问题, 其中每个智能体局部损失函数时变且为凸函数, 且仅对自身可知. 各智能体拥有不同的约束集, 且智能体间的通信通过一系列时变不平衡有向图表示. 本文的目标是以分布式方式求解这一在线优化问题. 针对该问题, 本文在推和的框架下结合投影反馈和消除不平衡性的思想, 提出了一种新的分布式在线优化算法. 当全局损失函数为强凸时, 证明了算法的网络静态悔界R(T)以速率O(log(T))收敛. 最后, 通过数值仿真实验验证了算法的有效性. 这些结果展示了该算法在解决分布式在线优化问题中的潜在应用前景.

【关键词】

分布式在线优化; 时变有向图; 静态悔界; 次线性收敛; 非一致性约束

【引用格式】

李庆海, 朱亚楠, 刘洪喆. 时变不平衡有向图上分布式在线约束优化算法. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 893 – 904

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240387&flag=1

多尺度核随机配置网络的多目标回归算法

【作者】

代伟, 吴尚, 南静, 刘鑫

【摘要】

多目标回归通过将多个回归任务的相关性纳入建模中以提高模型表现, 但是当前方法对于多目标内在更加普遍且复杂的非线性结构关系建模效果并不理想. 本文提出多尺度核随机配置网络(MSK-SCN)构建高维输入与多目标之间的映射以及多目标内在的非线性关系. 通过设计隔离建模机制, 使得每个子模型根据其负责的目标误差状态完成隐含层参数配置, 进而避免多个回归任务共享模型参数导致建模质量下降; 建立多尺度核空间, 利用不同尺度参数的核函数将低维空间数据映射到高维特征空间以增强数据的表达能力, 进而提高模型挖掘多目标间非线性关系的能力. 基于虚拟数据集和真实数据集进行实验验证, 结果表明MSK-SCN的表现优于当前的多目标算法, 证实了其在多目标回归问题上的有效性.

【关键词】

随机配置网络; 多目标回归; 多核学习; 多尺度核

【引用格式】

代伟, 吴尚, 南静, 等. 多尺度核随机配置网络的多目标回归算法. 控制理论与应用, 2026, 43(4): 915 – 926

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240038&flag=1

结语

从无人机的智能覆盖, 到化工过程的微小故障捕捉; 从多智能体协同路径规划, 到制造流程的协同优化调度, 本期九项研究共同揭示了一个趋势: 决策优化的边界正从"单点最优"向"全局自适应、动态协同、数据驱动"的混合智能体系演进. 研究者在多尺度建模、特征融合、分布式学习、协同优化与动态自适应等方向上的探索, 不仅提升了复杂工业与信息系统在路径规划、故障诊断、质量预测、生产调度等关键环节的决策效率与精度, 更实现了优化机制与场景动态特性的深度耦合. 这标志着决策优化技术正从"提供工具"向"构建适应复杂动态环境的内生决策系统"进行深刻转型, 为未来智能制造、智慧物流、自主系统等关键领域实现全链路智能协同, 提供了坚实的方法论支撑与前沿实践范例.

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）。

期刊封面2.jpg 目录2.jpg