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《控制理论与应用》2026年第6期虚拟专刊：控制算法应用

已有 1004 次阅读 2026-9-10 16:25 |个人分类:刊期目录|系统分类:博客资讯

卷首语

本期专题聚焦控制算法在典型工程系统中的创新应用, 涵盖机械臂操控、特种机电驱动、移动机器人及智能建筑等多元场景. 八篇论文围绕实际系统中普遍存在的强扰动、输入饱和、状态约束、模型不确定性及执行器故障等挑战, 提出了多种有针对性的先进控制策略.

在机械臂与机器人方面, 研究涉及固定时间滑模控制、自适应模糊切换、全状态约束容错以及无模型自适应方法, 分别应对柔性关节、初始状态影响和轨迹跟踪精度等难题; 在机电与能源系统方面, 针对燃料电池和永磁同步电机, 设计了终端滑模和分数阶超螺旋算法, 以提升供给系统与位置控制的动态性能; 在智能空间领域, 基于人员与空气质量检测的优化控制则体现了算法与感知融合的实用价值.

这些工作共同展示了控制算法从理论走向应用的生动图景——以问题为驱动, 以鲁棒性和自适应性为核心, 为复杂环境下高精度、高可靠性的自动化系统提供了可行方案. 期待本专题能为相关领域的研究者带来启发, 推动控制算法在更广阔的场景中落地生花.

论文

考虑强扰动和输入饱和的固定时间机械臂偏置神经网络滑模控制

【作者】

郭子航, 薛霜思, 李欢, 谭浚楷, 闫大鹏, 曹晖

【摘要】

针对存在强扰动以及控制输入饱和的非线性多关节机器臂轨迹跟踪控制问题, 本文提出全局固定时间稳定的机械臂偏置神经网络滑模控制方法. 首先, 建立包含强干扰以及输入饱和的多关节机械臂动力学模型; 其次, 设计固定时间稳定的输入饱和补偿系统, 实现对控制输入的快速补偿; 最后, 提出固定时间偏置神经网络滑模控制方法, 在未知扰动边界的情况下利用偏置神经网络对其逼近. 本文采用Lyapunov理论证明了系统的全局固定时间收敛, 并通过仿真对比实验验证了所提出控制算法的强鲁棒性, 且保证了系统跟踪误差在固定时间内快速收敛.

【关键词】

机械臂; 轨迹跟踪控制; 输入饱和补偿; 固定时间快速滑模; 偏置神经网络

【引用格式】

郭子航, 薛霜思, 李欢, 等. 考虑强扰动和输入饱和的固定时间机械臂偏置神经网络滑模控制. 控制理论与应用, 2026, 43(6): 1203 – 1212

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240433&flag=1

燃料电池空气供给系统预定义无模型终端滑模控制方法

【作者】

胡云峰, 关喆翰, 张冲, 赵洪辉, 闵海涛

【摘要】

本文针对质子交换膜燃料电池空气供给系统具有非线性、机理建模复杂、且存在固有扰动的问题, 提出了空气供给系统预定义无模型终端滑模控制方法(PPMFA-TSMC). 首先, 建立空气供给系统动态线性化数据模型, 实现模型的在线更新, 提高了模型的精度; 其次, 将系统间耦合和干扰视为集总扰动, 设计了一步延时扰动观测器, 有效分离系统内部的相互作用, 进而获得了面向控制解耦模型; 然后, 基于解耦后的数据模型, 提出了一种预定义无模型自适应终端滑模控制方法, 并理论证明了所提出控制器的稳定性, 确保控制系统在预定的性能指标内运行; 最后, 通过商用软件中多种工况的对比仿真, 验证了所提控制方法的有效性.

【关键词】

燃料电池; 预定义性能控制; 无模型自适应控制; 终端滑模控制

【引用格式】

胡云峰, 关喆翰, 张冲, 等. 燃料电池空气供给系统预定义无模型终端滑模控制方法. 控制理论与应用, 2026, 43(6): 1231 – 1241

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240285&flag=1

基于分数阶广义超螺旋算法的永磁同步电动机自然对数滑模位置跟踪控制

【作者】

王云飞, 赵希梅

【摘要】

针对永磁同步电动机易受外部负载、摩擦力等不确定因素影响, 存在位置跟踪精度低、抗扰能力差等问题, 提出了一种基于分数阶广义超螺旋算法的自然对数滑模位置控制方法. 首先, 建立含有不确定性的永磁同步电动机数学模型; 其次, 依据自然对数函数建立了自然对数滑模面, 在靠近系统平衡点处建立大斜率, 使系统具有强约束性; 且在远离系统平衡点处斜率趋于平缓, 避免系统执行器的饱和; 接着, 为进一步削弱滑模控制的抖振现象, 采用一种新的分数阶广义超螺旋算法, 并利用广义Lyapunov稳定性定理及引理证明了系统的稳定性; 最后, 对所提出的控制方法进行了系统实验验证, 结果表明该控制方法在确保系统抗扰性能的同时, 不仅提升了位置跟踪精度和收敛速度, 还极大地削弱了控制输入的抖振.

【关键词】

永磁同步电动机; 自然对数滑模; 分数阶广义超螺旋算法; 位置控制; 抖振

【引用格式】

王云飞, 赵希梅. 基于分数阶广义超螺旋算法的永磁同步电动机自然对数滑模位置跟踪控制. 控制理论与应用, 2026, 43(6): 1242 – 1250

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240394&flag=1

口腔种植机器人无模型自适应控制

【作者】

陈鹏, 施卉辉, 陈强, 何熊熊

【摘要】

口腔种植机器人是一类非线性、强耦合人机协同系统, 其精确机理模型难以建立, 使得现有的基于机理模型的控制方法难以保证机器人种植牙的高精度控制要求. 本文提出一种基于数据驱动的口腔种植机器人无模型自适应控制方法. 通过在伪梯度设计中增加扰动估计项, 设计基于增广伪梯度的误差补偿算法, 补偿人机协同中人体呼吸干扰以及人体非条件反射等扰动的影响, 提高系统抗干扰能力. 在此基础上, 构造一种对非线性扰动项进行估计的无模型自适应滑模控制器, 确保系统跟踪误差收敛至一定界内. 最后, 给出人体呼吸环境下的轨迹跟踪实验结果, 验证本文方法的有效性.

【关键词】

口腔种植机器人; 无模型自适应控制; 干扰补偿; 跟踪误差

【引用格式】

陈鹏, 施卉辉, 陈强, 等. 口腔种植机器人无模型自适应控制. 控制理论与应用, 2026, 43(6): 1279 – 1288

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240149&flag=1

基于塑形奖励的四足机器人运动速度跟踪控制

【作者】

蒲兴成, 张从德

【摘要】

针对策略调制轨迹生成器(PMTG)算法生成参考步态运动误差可能损害四足机器人运动速度跟踪精度的问题, 本文提出一种基于塑形奖励运动速度跟踪控制算法. 该算法主要包括3部分: 首先, 通过Hopf振荡器构建参数化轨迹生成器(TG)生成参考步态运动, 并给出参考步态运动速度计算公式. 然后, 引入塑形运动速度跟踪奖励, 根据参考步态运动速度与目标运动速度误差缩放塑形原始运动速度跟踪奖励, 以生成匹配目标运动速度参考步态运动. 最后, 在参考步态运动指导下对目标运动速度进行跟踪, 并利用镜像对称损失减小运动偏航, 从而提高算法运动速度跟踪精度. 仿真对比实验结果表明, 与策略调制轨迹生成器算法相比, 提出的改进PMTG算法不仅能生成更加匹配目标运动速度参考步态运动, 而且实现了更高精度的四足机器人运动速度跟踪.

【关键词】

四足机器人; 深度强化学习; 运动速度跟踪; Hopf振荡器; 策略调制轨迹生成器

【引用格式】

蒲兴成, 张从德. 基于塑形奖励的四足机器人运动速度跟踪控制. 控制理论与应用, 2026, 43(6): 1349 – 1358

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240196&flag=1

柔性机械臂的自适应模糊切换跟踪算法

【作者】

张秉心, 赵军圣, 孙宗耀, 穆朝絮

【摘要】

针对一类具有执行器死区和随机扰动的柔性机械臂系统, 本文提出了一种新颖的自适应模糊切换跟踪算法. 首先, 该算法结合分段函数与命令滤波技术, 避免了控制信号奇异性并消除了虚拟控制器重复微分问题; 其次, 利用模糊逻辑系统的万能逼近定理对系统中未知非线性项进行处理; 基于稳定性分析, 设计了一个快速有限时间公共控制器, 确保闭环系统状态在任意切换下依概率有界; 同时, 控制器中饱和函数的引入有效地降低了系统的抖振问题; 最后, 仿真实验验证了算法在多种期望轨迹下的有效性及其应用潜力.

【关键词】

柔性机械臂; 随机切换非线性系统; 自适应模糊控制; 命令滤波技术

【引用格式】

张秉心, 赵军圣, 孙宗耀, 等. 柔性机械臂的自适应模糊切换跟踪算法. 控制理论与应用, 2026, 43(6): 1359 – 1368

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA250198&flag=1

基于人员和空气质量检测的空调系统优化控制策略

【作者】

刘向伟, 张金超, 曹珍荣, 刘丽, 罗娜, 郭兴国

【摘要】

空调系统是建筑运行中的能耗和碳排放大户, 提高空调系统能效是降低建筑能耗, 实现建筑碳中和目标的重要手段. 本文提出了一种基于人员和空气质量检测的空调系统优化控制策略. 以南昌大学图书馆阅览室为例, 利用YOLO算法训练了一个高精度的人员检测模型; 利用该人员检测模型对阅览室的人数信息进行采集和分析, 并将获得的人员在室率变化规律用于优化空调系统控制. 研究结果表明, 基于人员检测和空气质量检测的优化控制策略可有效降低空调系统能效, 提高室内舒适性, 同时室内二氧化碳浓度和挥发性有机物(VOC)浓度均能够满足人员的呼吸卫生需求.

【关键词】

碳中和; 人员检测; 空气质量; 空调系统; 控制策略; 能效; 热舒适

【引用格式】

刘向伟, 张金超, 曹珍荣, 等. 基于人员和空气质量检测的空调系统优化控制策略. 控制理论与应用, 2026, 43(6): 1369 – 1377

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA230828&flag=1

无关初始状态的机械臂全状态约束轨迹跟踪容错控制

【作者】

沈鹏, 李小华, 刘辉

【摘要】

研究无关初始状态的机械臂系统预设时间全状态约束容错跟踪控制问题, 本文提出了相应的控制策略. 借助新提出的状态变量转换函数和预设时间性能函数, 实现了无关机械臂初始状态的预设时间控制, 并在出现跟踪误差超出预设性能约束边界时, 能够及时重启系统的预设性能控制功能. 通过对所有状态的直接约束, 有效保证了机械臂的运行角速度和驱动电流不超出约束边界, 从而保证了系统的安全可靠运行. 该策略在设计时采用了所有控制信号从零开始变化, 可以有效避免机械臂系统初始控制信号过大对系统产生冲击, 减少电能损耗. 所设计的轨迹跟踪控制器可在执行器故障的情况下保证机械臂系统的准确轨迹跟踪控制.

【关键词】

机械臂系统; 无关初始状态; 预设时间性能函数; 全状态约束; 神经自适应

【引用格式】

沈鹏, 李小华, 刘辉. 无关初始状态的机械臂全状态约束轨迹跟踪容错控制. 控制理论与应用, 2026, 43(6): 1396 – 1406

【全文链接】

http://jcta.alljournals.ac.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240264&flag=1

结语

本期八篇论文聚焦控制算法在机械臂、特种电机、移动机器人和智能建筑等典型工程系统中的应用, 针对强扰动、输入饱和、状态约束、模型不确定性和执行器故障等共性问题, 提出了滑模控制、自适应控制、无模型控制和容错控制等多种有效策略. 这些工作体现了控制算法从理论走向实践的核心逻辑: 以问题为导向, 以鲁棒性和自适应性为基石, 在理论严谨与工程可行之间寻求平衡.

从柔性机械臂到燃料电池, 从永磁同步电机到口腔种植机器人, 再到四足机器人和智能空调系统, 每项研究都在真实约束下验证了算法的有效性. 希望本专题能为相关领域的研究者和工程师提供有益参考, 推动控制算法在更广泛的场景中落地生根.

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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