博文

《控制理论与应用》2026年第5期虚拟专刊：控制算法应用

已有 286 次阅读 2026-5-27 09:59 |个人分类:刊期目录|系统分类:博客资讯

卷首语

本期"控制算法应用"专栏的八篇文章, 直面实际物理系统与控制算法之间的"最后一公里"鸿沟, 从工程痛点出发探索自适应、抗扰、滑模及学习等先进算法的落地路径. 面向执行机构非理想特性与传感不确定性, 有研究针对气动柔顺打磨装置中的迟滞和测量误差设计了自适应控制方案; 针对弱电网复杂工况下的谐波问题, 提出了自适应PI+VPI跟踪策略. 在飞行器与机器人领域, 非仿射模型驱动的无尾飞行器轨迹跟踪、机械臂的轨迹跟踪与干扰抑制、四旋翼姿态的预定时间非奇异快速终端滑模控制, 分别解决了模型结构复杂、外部扰动强、收敛时间要求苛刻等实际困难. 面向工业过程与电力电子系统, 锅炉汽轮机系统的经验导向单评价Q-learning负荷控制展示了数据驱动方法在热工对象上的实用潜力, 而具有弱模型依赖的电磁悬浮系统主动抗扰控制以及Buck型变换器的最优保护型电压调节器设计, 则从模型精度与安全约束两个角度体现了控制算法与具体硬件特征深度融合的必要性. 这些工作共同表明, 优秀的控制算法唯有在真实物理约束(迟滞、噪声、模型不确定性、计算资源、安全性)下完成针对性重塑, 才能从理论推导走向可靠应用, 并为智能装备、新能源并网及无人系统等领域的工程实践提供可复用的设计范式.

论文

考虑迟滞和传感器测量误差的气动柔顺打磨装置自适应控制

【作者】

吴庆祥, 何春辉, 刁淑贞, 孙宁

【摘要】

气动打磨方式以其较好的柔顺性在航空航天、金属加工等领域得到广泛应用. 然而, 复杂的迟滞非线性使气动柔顺装置的精准打磨力控制充满挑战. 此外, 打磨作业环境温度多变、机械振动等因素极易导致传感器测量误差, 导致系统控制精度降低. 针对上述问题, 本文提出了一种“迟滞建模+自适应控制”的框架, 在提高打磨精度的同时, 实现对传感器测量误差和气动柔顺打磨装置迟滞等问题的有效处理. 具体来说, 首先, 考虑气动柔顺打磨装置迟滞非线性, 分别建立基于不对称Prandtl–Ishlinskii算子和逆乘法结构的迟滞模型和逆模型. 基于此, 提出一种基于动态面的自适应控制方法, 通过引入一阶滤波器避免微分求导导致测量误差放大的问题, 并利用自适应律实现对未知参数的有效处理; 此外, 利用李雅普诺夫分析方法证明了系统的稳定性; 最后, 通过自建气动柔顺打磨装置实验平台验证了所建立迟滞逆模型和所提控制方法的有效性.

【关键词】

气动柔顺打磨; 迟滞建模; 迟滞逆模型; 传感器测量误差; 自适应控制

【引用格式】

吴庆祥, 何春辉, 刁淑贞, 等. 考虑迟滞和传感器测量误差的气动柔顺打磨装置自适应控制. 控制理论与应用, 2026, 43(5): 951 – 960

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240391&flag=1

非仿射模型驱动的无尾飞行器轨迹跟踪控制

【作者】

王应洋, 张鹏, 郭庆, 丛继平, 苏茂宇

【摘要】

无尾飞行器(TAV)是未来穿透性制空作战的重要力量. 目前, TAV研究尚处在气动设计与姿态控制阶段, 轨迹跟踪控制研究较少. 本文针对具有模型参数与结构不确定性的TAV轨迹跟踪控制问题进行研究. 由于TAV气动特性复杂, 航迹角微分方程具有很强的非仿射特性, 传统的伪仿射转换方法可能导致控制器失效. 为此, 本文从模型建立、模型转换与控制器设计3方面入手设计适应性强的轨迹跟踪控制器. 首先, 针对平动与转动子系统分别建立面向控制器设计的非仿射与仿射模型. 然后, 通过分析泰勒展式与不等式约束两种方式处理非仿射函数的利弊, 提出一种模型伪仿射转换新方法, 保留模型非仿射特性的同时避免控制律失效. 针对平动子系统, 基于非仿射模型设计滑模控制器; 针对转动子系统, 基于反推法设计非线性动态逆控制器. 最后, 在执行器幅值与带宽受限下, 设计考虑矢量推力的复合控制分配方法. 所设计的控制器不仅能实现稳定的轨迹跟踪控制, 还具有很强的鲁棒性, 仿真结果证明了控制器的有效性.

【关键词】

无尾飞行器; 轨迹跟踪; 非仿射模型; 滑模控制; 非线性动态逆

【引用格式】

王应洋, 张鹏, 郭庆, 等. 非仿射模型驱动的无尾飞行器轨迹跟踪控制. 控制理论与应用, 2026, 43(5): 961 – 978

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240490&flag=1

锅炉汽轮机系统经验导向单评价Q-learning负荷控制

【作者】

刘晓敏, 余梦君, 王浩宇, 杨春雨, 周林娜, 周怀春

【摘要】

为解决锅炉–汽轮机系统负荷控制面临的精准数学模型难以构建、阀门约束呈现非对称特性和运行经验数据抽取方法单一等挑战, 本文提出一种基于经验导向单评价Q-learning算法的锅炉–汽轮机系统自适应负荷跟踪控制方法. 引入约束转换函数, 将约束非对称输入映射至控制范围的中值, 处理非对称问题, 并将性能指标函数重塑为不含额外惩罚项的形式. 为降低在线计算负荷, 提出轻量型单评价网络Q-learning算法, 实现对改进后性能指标函数的快速学习. 利用前幕更新所得策略在多幕数据之间在线建立经验导向关系, 搭建多幕分段训练新模式, 实现数据高效挖掘, 加快算法收敛速度. 通过在160 MW锅炉–汽轮机系统仿真, 验证所提出控制算法的有效性和优越性.

【关键词】

锅炉–汽轮机系统; 经验导向; 单评价网络; Q-learning; 负荷跟踪

【引用格式】

刘晓敏, 余梦君, 王浩宇, 等. 锅炉汽轮机系统经验导向单评价Q-learning负荷控制. 控制理论与应用, 2026, 43(5): 1034 – 1042

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240256&flag=1

基于自适应控制的机械臂轨迹跟踪与干扰抑制

【作者】

徐成涛, 平兆武, 何宇乾, 黄云志, 回家泽, 卢俊国

【摘要】

机械臂作为一个高度耦合的多输入多输出非线性系统, 其控制性能很容易受到外部干扰和不确定参数的影响. 为了实现在运动学和动力学参数未知时机械臂在任务空间的轨迹跟踪和干扰抑制, 本文提出了一种基于内模的自适应控制策略. 首先, 构造一个内模来补偿含未知频率的外部干扰, 并将机械臂的轨迹跟踪问题转化为一个鲁棒镇定问题; 然后, 设计一个自适应控制器来解决这个鲁棒镇定问题; 最后, 通过仿真验证了所提控制方法的有效性.

【关键词】

机械臂; 轨迹跟踪; 外部干扰; 内模; 自适应控制

【引用格式】

徐成涛, 平兆武, 何宇乾, 等. 基于自适应控制的机械臂轨迹跟踪与干扰抑制. 控制理论与应用, 2026,43(5): 1061 – 1069

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240156&flag=1

弱电网复杂工况下自适应PI+VPI谐波电流跟踪控制

【作者】

韩伟, 李云路, 王鸿毅, 周立丽

【摘要】

针对弱电网复杂工况下APF谐波电流补偿性能降低的问题, 本文提出了一种自适应PI+VPI谐波跟踪控制策略. 该策略由一种自适应陷波型SRF-PLL和自适应PI+VPI电流跟踪控制方法构成, 引入串联的格型自适应陷波器组来抑制电网电压畸变、不平衡且存在较大范围的频率偏移工况带来的扰动, 提高电网相位和频率估计精度, 再将相位和频率信息用于谐波检测及电流跟踪控制中的Park变换及PI+VPI电流跟踪控制律参数的更新中, 构造出一个具有谐振频率自适应能力的PI+VPI电流跟踪控制器, 进而提高谐振频率点的增益, 保证APF能够在上述弱电网条件下保持最佳的补偿性能. 最后仿真和实验证明本文所提ANF-PLL在频率发生+4 Hz偏移的情况下, 相位及频率估计误差依然能够保持较高的精度, 所提自适应 PI+VPI 策略在±4 Hz频率偏移范围内能够保证补偿后电网电流THD维持在3.68%以下, 在复杂工况下的谐波补偿性能优势明显.

【关键词】

有源电力滤波器; 格型陷波器; 频率偏移; 梯度自适应算法; VPI控制

【引用格式】

韩伟, 李云路, 王鸿毅, 等. 弱电网复杂工况下自适应PI+VPI谐波电流跟踪控制. 控制理论与应用, 2026, 43(5): 1079 – 1092

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240568&flag=1

具有弱模型依赖的电磁悬浮系统主动抗扰控制

【作者】

杨洋, 黄翠翠, 戴春辉, 龙志强

【摘要】

随着电磁悬浮型磁浮列车速度的提升和长期服役, 外部激扰和模型不确定将导致电磁悬浮系统稳定性和平稳性下降. 这一问题要求电磁悬浮控制系统需要具备很强的鲁棒性来抑制由于外部激扰导致的悬浮间隙波动,并且控制性能对平衡点和系统参数变化不敏感. 为此, 本文提出了一种基于自抗扰控制的全驱系统方法. 该方法利用电磁悬浮系统的全驱特性设计了一种非线性控制率, 将电磁悬浮系统转化为两个串联的线性定常系统. 在此基础上引入自抗扰控制思想, 根据线性化后的系统设计了两个扩张状态观测器对电流环和位置环中的总扰动进行观测,并反馈到控制率中进行补偿. 闭环系统的稳定性和扩张状态观测器的收敛特性通过Lyapunov稳定性理论得到严格的证明. 仿真实验表明, 与PID, FAS和模型辅助ADRC方法相比, 该方法能够更加有效地抑制外部激扰导致的悬浮间隙波动, 并且其控制性能对系统参数变化不敏感.

【关键词】

EMS型磁浮列车; 电磁悬浮系统; 全驱系统方法; 自抗扰控制

【引用格式】

杨洋, 黄翠翠, 戴春辉, 等. 具有弱模型依赖的电磁悬浮系统主动抗扰控制. 控制理论与应用, 2026, 43(5): 1142 – 1155

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240266&flag=1

Buck型变换器最优保护型电压调节器设计

【作者】

王忠阳, 王友清, 梁丽

【摘要】

本文基于自适应动态规划, 设计了Buck型变换器保护型电压调节器. 为了实现无冲击电感电流下输出电压跟踪, 电流内环采用标准的比例积分调节器, 外环采用与输出电压误差和电感电流微分相关的线性二次调节器, 增强了电感电流平滑过渡的能力. 其次, 该调节器采用了奇异摄动理论, 实现了快慢动力学模型分离和模型降阶, 降低了系统复杂度. 此外, 在系统和调节器之间设计了一个虚拟系统, 实现了智能数据存储方案, 避免了在迭代逼近线性二次型调节器的最优解期间使用大量有限积分窗函数. 仿真结果验证了所提出的保护型电压调节器在模型参数未知的情况下, 实现了精确的电压跟踪性能、瞬态响应以及降低了电感电流冲击.

【关键词】

Buck型变换器; 保护型电压调节器; 自适应动态规划; 奇异摄动理论

【引用格式】

王忠阳, 王友清, 梁丽. Buck型变换器最优保护型电压调节器设计. 控制理论与应用, 2026, 43(5): 1156 – 1161

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240309&flag=1

四旋翼姿态系统的预定时间非奇异快速终端滑模控制

【作者】

王加朋, 杨瑜杰, 杨家宁, 罗家祥

【摘要】

本文对含未知干扰和执行器饱和的四旋翼无人机姿态系统, 提出了一种新型预定时间姿态跟踪控制方法.首先将姿态跟踪误差系统中的未知干扰和输入饱和, 采用基于分段双曲正切函数方法转化为线性近似部分和集总干扰部分; 其次对集总干扰, 通过引入辅助动态系统和辅助误差, 提出一种新型预定时间非奇异快速终端滑模自适应干扰观测器, 可在预定时间内对集总干扰快速估计; 然后结合干扰观测器设计了一种新型预定时间非奇异快速终端滑模控制器, 并且利用Lyapunov函数方法证明了所提控制方法可在预定时间内实现实际预定时间稳定, 稳定时间由用户预先设置而不依赖于系统初始条件和控制器参数. 最后实验仿真验证了所提控制方法的有效性.

【关键词】

四旋翼无人机; 姿态跟踪; 预定时间控制; 终端滑模; 干扰观测器

【引用格式】

王加朋, 杨瑜杰, 杨家宁, 等. 四旋翼姿态系统的预定时间非奇异快速终端滑模控制. 控制理论与应用, 2026, 43(5): 1162 – 1169

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240294&flag=1

结语

回顾本期所遴选的八篇论文, 它们从不同视角出发, 共同呈现出控制算法在应对复杂工程挑战中的创新实践. 无论是面对打磨装置中的迟滞与测量误差, 还是应对无尾飞行器的非仿射模型结构; 无论是处理电网复杂工况下的谐波问题, 还是满足机械臂、四旋翼在强扰动下的快速跟踪需求, 研究者们始终以解决实际系统核心痛点为牵引, 推动算法在物理约束中实现性能突破.

从自适应机制与主动抗扰的精细设计, 到预定时间滑模与数据驱动学习的深度应用, 这些成果不仅在理论上验证了算法的可行性, 更在锅炉汽轮机、电磁悬浮、电力电子变换器等具体系统中实现了可靠部署. 控制算法的价值, 正是在与传感器、执行器、负载动态以及安全边界的持续对话中得以真正彰显.

工程实践既是试金石, 也是演进的动力. 控制学科正以更务实、更融合的姿态, 与机器人学、能源电力、先进制造等领域深度协同, 推动智能控制系统从"仿真验证"走向"落地运行". 期待这些从真实约束中生长出的方法, 能够为更多高可靠、高精度、高动态性能的系统开发提供可信赖的范式参考.

感谢各位作者的扎实工作与审稿专家的专业评议. 希望本期专刊能够为工程领域的研究者与实践者提供有益借鉴, 共同助力控制技术更好地服务于国家重大装备与产业发展需求.

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