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《控制理论与应用》2026年第9期目次速览

已有 326 次阅读 2026-10-16 12:54 |个人分类:刊期目录|系统分类:博客资讯

“低空飞行器智能安全控制”专刊

前言

低空飞行器是低空经济发展的重要装备基础, 也是当前控制理论、人工智能、信息感知和航空工程交叉融合最为活跃的研究对象之一. 近年来, 随着低空空域管理改革和低空应用场景的不断拓展, 无人机、无人直升机、倾转翼飞行器、扑翼机器人以及水空跨域无人系统等平台逐步进入巡检、测绘、物流、应急救援、农林植保和近海侦察等实际任务. 与传统飞行环境相比, 低空飞行器运行空域具有障碍物密集、气象扰动明显、通信条件不稳定等复杂地物环境, 且多机协同和高密度运行对安全性、实时性和自主性提出了更高要求. 因此, 如何在受限、扰动、故障和网络攻击等条件下实现可靠感知、安全控制和智能协同, 是低空飞行器运行中需要重点解决的问题.

为反映该领域的最新研究进展,《控制理论与应用》组织出版“低空飞行器智能安全控制”专刊. 本专刊围绕低空飞行器安全性建模与风险定量评估、多源信息感知与容错导航、受限条件下的安全控制、故障诊断与容错一体化控制、航迹规划与控制协同、群体协同与任务重分配、通信链路与网络安全条件下的控制、多性能指标协调与优化、学习增强与可证明安全控制, 以及事件触发与通信高效的安全控制等方向征集论文. 经同行评审, 本专刊共收录论文21篇, 内容覆盖低空飞行器建模、感知、估计、规划、决策、诊断和容错等多个环节, 较为集中地展示了该方向的近期成果.

总体来看, 本专刊收录论文较为系统地反映了低空飞行器智能安全控制领域在理论方法和工程应用方面的最新探索. 相关成果既包括受限安全控制、故障诊断与容错控制等传统控制问题的深化, 也包括多源感知、航迹规划、群体协同、网络安全和强化学习等新兴方向的拓展. 我们希望本专刊能够为从事低空飞行器控制、感知、规划与协同决策研究的学者和工程技术人员提供有益参考, 并促进低空飞行器安全可靠运行与低空经济相关技术的发展.

本专刊在组织和出版过程中得到了各位作者、审稿专家以及《控制理论与应用》编辑部的大力支持. 在此, 谨向所有投稿作者表示诚挚感谢, 向认真审阅稿件并提出宝贵意见的专家表示衷心感谢, 也感谢编辑部在专刊策划、稿件处理和出版工作中的辛勤付出.

姜斌南京航空航天大学

裴海龙华南理工大学

葛树志新加坡国立大学

胡庆雷北京航空航天大学

李坚强深圳大学

马亚杰南京航空航天大学

低空欠驱垂直起降飞行器攻击–躲避全驱博弈控制

【作者】

徐丽学, 王秀博, 段广仁

【摘要】

针对低空欠驱垂直起降(VTOL)飞行器攻击–躲避博弈问题, 本文提出一种基于全驱系统(FAS)方法的博弈控制策略. 首先, 根据欠驱攻击方与躲避方飞行器动力学模型建立带输入可行集约束的混合阶亚全驱攻躲系统, 并利用系统全驱化特性构造形式化全驱控制器及其状态响应结构, 从而将原非线性耦合系统解耦为两个线性攻击–躲避闭环子系统. 随后, 针对第1个子系统设计参数博弈以确定闭环参数, 并将输入可行集约束转化为初始条件约束; 针对第2个子系统设计零和博弈, 通过线性二次型微分博弈获得显式解析的鞍点策略. 在给定初始相对位置条件下, 所提出的全驱博弈控制策略不仅能够保证输入可行集约束得以满足, 而且能够实现攻击方对躲避方的有效逼近与打击, 进一步保证闭环系统的稳定性. 最后, 通过垂直起降飞行器攻击–躲避博弈任务的数值仿真验证了所提控制方法的有效性.

【关键词】

全驱系统方法; 低空欠驱垂直起降低空飞行器; 攻击–躲避博弈控制; 亚全驱系统; 输入可行集约束

【引用格式】

徐丽学, 王秀博, 段广仁. 低空欠驱垂直起降飞行器攻击–躲避全驱博弈控制. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 1856 – 1867

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260041&flag=1

低空安全下的无人机感知控制一体化跟踪技术

【作者】

陈子路, 梁鸿雅, 张毅博, 韩亮, 李东禹, 胡庆雷

【摘要】

低慢小无人机具有尺度小、机动性强、低空背景复杂等特点, 易造成视觉漏检、误检和跟踪中断, 影响低空安全防御任务的连续性. 针对复杂城市与关键基础设施背景下低慢小目标难以实时检测和稳定跟踪的问题, 提出一种无人机视觉感知与跟踪控制一体化方法. 首先, 基于YOLOv10构建轻量化检测网络BiGNet, 通过多尺度特征融合和轻量化卷积增强复杂背景下小目标表征能力, 并降低模型计算开销. 然后, 将视觉检测结果经坐标变换转换为目标相对位置信息, 并在模型预测控制框架中构造视觉感知代价项, 使目标图像中心偏差和期望跟踪距离误差参与滚动优化. 进一步地, 针对近距离跟踪过程中的气动扰动影响, 采用高斯过程回归建模附加扰动, 并将扰动补偿引入预测模型. 仿真与对比实验表明, 所提方法能够提高复杂低空场景下低慢小目标的检测效果和在线推理效率, 并在扰动条件下保持目标可见性和跟踪稳定性, 为低空安全防御中的持续跟踪与后续处置提供技术支撑.

【关键词】

低慢小目标; 无人机; 目标跟踪; 模型预测控制; 目标检测; 高斯过程回归

【引用格式】

陈子路, 梁鸿雅, 张毅博, 等. 低空安全下的无人机感知控制一体化跟踪技术. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 1868 – 1880

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260037&flag=1

概率模型驱动的无人机自适应多源信息轨迹估计

【作者】

解伟豪, 鲜斌

【摘要】

精准的运动估计是无人机(UAVs)在复杂环境中实现自主飞行的关键, 然而现有算法在特征退化或剧烈运动场景中难以维持高精度, 甚至出现失效问题. 为此, 本文提出了一种前后端协同的多源信息融合轨迹估计算法. 基于高斯过程, 本文构建了一种平移–旋转运动解耦的连续时间轨迹模型. 该算法利用运动信息先验与自适应平面协方差估计动态引导前端点云配准, 有效抑制了复杂环境下的匹配漂移. 此外, 通过引入基于高斯过程(GP)置信传播的因子图优化框架, 建立了前端配准与后端优化的双向信息反馈机制, 提升了状态估计的全局一致性. 通过数据集仿真及室外无人机实时飞行试验, 验证了该算法在多种复杂场景中展现出良好的轨迹估计准确性及实时性.

【关键词】

无人机感知; 多源信息融合; 连续时间轨迹; 高斯过程; 置信传播

【引用格式】

解伟豪, 鲜斌. 概率模型驱动的无人机自适应多源信息轨迹估计. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 1881 – 1889

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260034&flag=1

融合语义分割与光流网络的动态鲁棒SLAM算法

【作者】

刘尊, 杨骏, 许湘珺, 王利, 罗琦, 黄畅昕, 李坚强

【摘要】

针对动态场景下传统视觉同步定位与建图(SLAM)系统因特征关联错误导致定位漂移的问题, 本文在提出了一种融合语义分割与光流估计的增强型语义SLAM系统――SF-SLAM. 该系统构建了双流感知机制以鲁棒地解耦动态干扰: 一方面利用轻量级语义分割网络(RTMDet-Ins-tiny)精准剔除人、车等先验动态物体; 另一方面引入光流估计网络(LiteFlowNet2)并结合自适应OTSU阈值算法, 有效捕获并抑制手持物体、移动家具等非先验动态特征. 为进一步提升建图的静止性与可靠性, 本文设计了一种基于KD树加速的欧氏聚类后处理策略, 通过跨帧几何一致性校验机制, 精准识别并移除语义与光流模块遗漏的残余动态噪点, 最终生成几何精确且语义清晰的静态八叉树地图. 这一地图形式去除了动态干扰, 特别适用于机器人高层导航与路径规划任务. 在TUM RGB-D基准数据集及包含强动态干扰(如人为移动广告牌)的真实场景中进行了广泛实验. 结果表明, 相比于现有主流方法, 该算法在各类动态等级下均实现了定位精度的显著提升, 并在复杂现实环境中表现出优异的鲁棒性与实时性能.

【关键词】

语义SLAM; 光流估计; 语义分割; 动态场景; 移动机器人

【引用格式】

刘尊, 杨骏, 许湘珺, 等. 融合语义分割与光流网络的动态鲁棒SLAM算法. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 1890 – 1900

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260052&flag=1

多尺度时空特征驱动的无人机编队故障诊断

【作者】

马亚杰, 曹旭, 姜斌, 李映兮

【摘要】

风扰环境下无人机编队的执行器故障特征易与全局气流扰动耦合, 导致故障定位、类型识别和严重程度量化精度下降. 为提高复杂环境中的编队诊断鲁棒性, 构建了包含稳态风、阵风、湍流及多类执行器故障的四旋翼无人机编队仿真平台, 并生成多风速、多轨迹、多规模的故障数据集. 在此基础上, 提出一种变量级注意力多尺度故障诊断模型. 该模型利用变量级注意力自适应强化故障敏感观测量, 通过多尺度卷积提取邻机状态和飞行参数之间的空间耦合特征, 并采用门控循环单元(GRU)刻画故障随时间演化的动态特性; 进一步结合级联式多任务网络与动态权重平衡机制, 实现故障无人机定位、故障执行器定位、故障类型识别和故障程度量化的协同诊断. 实验结果表明, 在0∼9 m/s风扰测试条件下, 所提模型的故障执行器定位和故障类型识别准确率均保持在99%以上, 故障程度量化平均绝对误差低于0.01. 结果验证了所提模型在风扰环境下对编队执行器故障的诊断精度和泛化能力.

【关键词】

无人机编队; 风扰; 执行器故障; 故障诊断; 多尺度特征提取; 多任务学习

【引用格式】

马亚杰, 曹旭, 姜斌, 等. 多尺度时空特征驱动的无人机编队故障诊断. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 1901 – 1916

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https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260046&flag=1

基于IL-NN的三旋翼无人机预定义时间抗扰容错跟踪控制

【作者】

郝伟, 李佳磊, 张琦林, 马文来, 李庆

【摘要】

针对三旋翼无人机同时存在外部扰动和执行器故障时的轨迹跟踪问题, 设计了基于迭代学习神经网络(IL-NN)的预定义时间容错跟踪控制策略. 同时考虑执行器故障和未知外部时变扰动, 建立三旋翼无人机故障动力学模型. 针对未知外部时变扰动, 设计基于迭代学习算法的神经网络结构, 相比于自适应神经网络权值估计, 降低计算复杂度; 采用内外环控制策略, 引入自适应算法在线估计执行器故障, 设计基于预定义时间的自适应容错跟踪控制器, 实现无人机在故障和扰动下的快速稳定跟踪; 通过Lyapunov理论证明了内外环系统在预定义时间内收敛. 最后, 通过无人机飞控半实物实验平台验证了所提方法的有效性.

【关键词】

三旋翼无人机; 预定义时间控制; 迭代学习神经网络; 容错控制

【引用格式】

郝伟, 李佳磊, 张琦林, 等. 基于IL-NN的三旋翼无人机预定义时间抗扰容错跟踪控制. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 1917 – 1928

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA250564&flag=1

数据优化PID参数整定的无人直升机自适应容错控制

【作者】

郭黎, 陈娟娟, 李润泽, 吴官正, 沈成香

【摘要】

针对具有执行器故障的无人机的位置控制与姿态控制问题, 本文设计了一种数据优化PID的自适应容错控制器, 通过引入直升机动力学模型保证系统的稳定性, 并结合神经网络利用实时数据在线修正执行器故障的影响, 构建模型与数据协同作用机制. 首先, 结合无人直升机的系统动力学模型, 搭建高保真的无人直升机故障注入仿真平台; 其次, 基于无人直升机飞行过程中实时采集的状态数据与跟踪误差信息, 并通过神经网络进行在线学习, 实现基于数据的PID控制器参数在线优化与调节, 在不依赖精确故障类型和故障程度等先验信息的情况下, 有效补偿由执行器故障和模型不确定性引起的控制性能下降, 提高系统对执行器故障的鲁棒性; 最后, 通过构建不同程度的执行器故障场景对本文设计的控制器的鲁棒性与稳定性进行验证. 实验结果表明, 本文提出的数据优化PID参数的控制器可根据无人直升机当前飞行状态和故障情况自适应调节增益, 当出现执行器故障时比传统的PID控制器具备更优的自适应能力和控制性能, 如三轴姿态的平均绝对误差显著降低约60%∼90%, 部分故障情况下误差进一步收敛至10−4以下, 具备更强的容错控制性能和鲁棒性.

【关键词】

无人直升机; 容错控制; 参数整定; 自适应控制; 执行器故障

【引用格式】

郭黎, 陈娟娟, 李润泽, 等. 数据优化PID参数整定的无人直升机自适应容错控制. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 1929 – 1938

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260015&flag=1

单转子失效下的四旋翼低偏航角速度容错控制

【作者】

张聪, 乔政, 谷少萌, 刘爽

【摘要】

针对传统布局四旋翼在单转子完全失效后偏航通道与其他通道耦合所导致的高速自旋问题, 本文提出一种结合平行布局与双向拉力能力的四旋翼容错控制方法. 首先, 针对单转子完全失效后持续偏航自旋问题, 提出一种平行布局四旋翼构型, 并通过分析其偏航通道与其他通道之间的耦合特性, 揭示了该构型能够有效削弱偏航耦合的原因; 其次, 通过建模分析单转子完全失效对系统控制量的影响, 将失效导致的拉力缺失等效为作用于控制输入通道的扰动, 并构建扰动观测补偿机制; 同时, 利用双向拉力特性, 使扰动补偿后得到的控制输入能够突破传统单向拉力正约束限制, 从而实现单转子失效下的容错控制; 最后, 依托PX4与Gazebo软件在环仿真平台完成新构型无人机部署与控制器实现. 结果表明, 在单转子完全失效工况下, 所提控制方法能够显著抑制偏航角速度, 确保系统在保持稳定飞行的同时, 具备优异的轨迹跟踪性能.

【关键词】

四旋翼飞行器; 执行器故障; 扩张状态观测器; 构型设计; 容错控制

【引用格式】

张聪, 乔政, 谷少萌, 等. 单转子失效下的四旋翼低偏航角速度容错控制. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 1939 – 1949

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260202&flag=1

状态受限下低空无人直升机自适应安全控制

【作者】

张耀, 陈谋

【摘要】

针对存在外部干扰的部分状态受限低空无人直升机的跟踪控制问题, 提出了一种基于预设性能和干扰观测器的自适应安全控制方法. 首先, 针对低空无人直升机的飞行速度和姿态约束, 通过设计一种柔性自适应律, 利用动态面控制方法构建了自适应安全目标速度与目标姿态信号. 为了保证无人直升机不违反飞行速度和姿态的安全边界, 设计基于干扰观测器的预设性能控制器实现对自适应安全目标速度与目标姿态的高精度安全跟踪, 并利用李雅普诺夫方法证明了闭环控制系统的稳定性. 最后利用数值仿真验证所提出控制器的有效性, 结果表明设计的控制律能使低空无人直升机在状态受限情况下有效跟踪期望信号并实现安全控制目标.

【关键词】

无人直升机; 自适应控制; 状态受限; 安全控制; 干扰观测器

【引用格式】

张耀, 陈谋. 状态受限下低空无人直升机自适应安全控制. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 1950 – 1962

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260044&flag=1

具有输入幅值和速率约束的无人机预设时间姿态跟踪控制

【作者】

陈修齐, 史爽, 江驹

【摘要】

本文为存在输入幅值和速率饱和约束的固定翼无人机提出一种预设时间跟踪控制方法, 实现对姿态指令的快速高品质跟踪. 首先, 构建预设时间扰动观测器实现对外部扰动的准确估计; 其次, 设计依赖于系统参数和输入饱和误差的修正信号调整期望跟踪信号, 以实现输入约束和跟踪性能约束的权衡. 进一步, 设计无需额外参数调节的预设时间滤波器实现对虚拟输入的平滑处理. 引入嵌套饱和函数和预设时间辅助系统解决输入幅值和速率饱和问题. 在此基础上, 设计反步控制器保证姿态跟踪误差在预设时间内满足性能边界. 通过仿真验证所提方法的有效性和优点.

【关键词】

固定翼无人机; 预设时间控制; 预设性能控制; 输入幅值饱和; 输入速率饱和

【引用格式】

陈修齐, 史爽, 江驹. 具有输入幅值和速率约束的无人机预设时间姿态跟踪控制. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 1963 – 1972

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260301&flag=1

四桨倾转翼无人机过渡态运动学建模及稳定性判定

【作者】

李兆宗, 葛树志, 李佳丰, 杨立鑫

【摘要】

为解决四桨倾转翼无人机在旋翼–固定翼过渡阶段面临的欠驱动与气动强耦合问题, 本文提出一种基于单一空间倾转轴的过渡态运动学建模与稳定性分析方法. 首先, 基于几何约束解析推导唯一空间倾转轴及螺旋桨闭式轨迹方程, 将机翼偏转统一表征为刚体绕固定轴的连续旋转, 使系统在过渡全区间内维持等效完全驱动特性, 避免了多系统状态空间的硬切换; 其次, 在运动学层面显式引入机翼气动升力耦合项, 建立纵向加速度方程与俯仰力矩方程, 给出俯仰力矩配平条件与失稳边界的显式判据; 最后, 在PX4与Gazebo仿真平台上对5 kg级样机进行验证, 与传统倾转旋翼方案对比表明: 所提方法将过渡阶段z轴速度振幅降低, 俯仰角峰值响应显著减小, 在高度保持与姿态平顺性上具有明显优势, 验证了所提建模方法的有效性与工程可靠性.

【关键词】

无人机; 稳定性分析; 运动学模型; 等效完全驱动; 倾转翼无人机

【引用格式】

李兆宗, 葛树志, 李佳丰, 等. 四桨倾转翼无人机过渡态运动学建模及稳定性判定. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 1973 – 1981

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260043&flag=1

面向空中分离的仿生扑翼机器人自适应抗扰控制

【作者】

吴晓阳, 王士洋, 张旭龙, 孟亭亭, 贺威

【摘要】

扑翼机器人在执行长航时或多目标任务的过程中, 常因载荷的投放而导致质心发生突变, 该突变会引起姿态力矩阶跃变化、控制增益矩阵时变失配及姿态跟踪误差增大, 从而显著降低飞行稳定性. 针对该问题, 本文围绕自主设计的扑翼机器人开展研究, 该平台携带多电池监测与切换系统, 用于任务过程中的能量状态管理与连续供电. 同时, 该系统会在飞行中不断投放低电量电池以提高飞行效率. 为解决投放行为引发的质心突变问题, 本文设计了基于滑台机构的质心平衡装置, 通过动态调整配平块相对位置, 实现动态质心自适应调节. 针对空中分离工况下的强非线性耦合、时变参数摄动及对外部扰动的高敏感性, 提出了基于径向基函数(RBF)神经网络的自适应增益调整策略与非线性扩张状态观测器相结合的自适应抗扰控制方法(ADRC-RBF), 实现对控制增益矩阵的实时辨识与补偿, 从而在质心突变和参数失配条件下提高姿态角跟踪精度、缩短扰动恢复时间, 并改善分离后的飞行稳定性. 仿真和实验结果表明, 在空中分离且单次投放400 g载荷的瞬态扰动下, 本文方法与固定增益ADRC相比, 姿态角跟踪误差降低约67%, 控制信号波动幅度减小约50%, 扰动恢复时间缩短约71%, 与未启用质心平衡机构相比, 平均质心偏移量从7.8 cm降至1.2 cm, 系统能够快速抑制扰动并重构姿态稳定.

【关键词】

扑翼机器人; 质心平衡; 空中分离; 非线性自抗扰控制; 动力学建模; 姿态控制

【引用格式】

吴晓阳, 王士洋, 张旭龙, 等. 面向空中分离的仿生扑翼机器人自适应抗扰控制. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 1982 – 1995

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260175&flag=1

动态障碍与欺骗攻击下低空飞行器的博弈安全编队控制

【作者】

杨淑仙, 孟庆开, 杨浩, 姜斌

【摘要】

随着低空空域逐步开放与多飞行器协同应用的快速发展, 低空无人机编队系统高度依赖通信网络与分布式控制协议, 其在动态障碍物环境下面临控制协议欺骗注入攻击所带来的严峻安全挑战. 首先, 针对欺骗注入攻击具有主动对抗性且易与真实信息混淆的特点, 本文建立了包含编队误差动力学、攻击注入项及障碍物状态演化的统一系统模型, 并将编队控制与攻击过程表述为微分零和图博弈问题, 以刻画防御与攻击之间的对抗交互机制. 其次, 通过在效用函数中引入障碍安全项, 将避障安全约束与编队性能及控制能耗统一纳入长期性能指标, 构造对抗最优安全控制框架. 然后, 基于Hamilton-Jacobi-Isaacs (HJI)条件推导得到分布式鞍点策略形式, 并在给定可行性假设下分析闭环系统的稳定性与安全性. 最后, 针对HJI方程难以获得解析解的问题, 提出基于离线强化学习的值函数近似与在线更新机制, 实现近似鞍点策略的可计算求解. 数值仿真结果表明, 所提方法能够在最坏欺骗攻击与动态障碍物并存情形下有效提升编队系统的安全性与协同控制性能.

【关键词】

低空飞行器; 编队控制; 欺骗攻击; 动态障碍物; 微分零和图博弈; 障碍函数; 安全编队控制

【引用格式】

杨淑仙, 孟庆开, 杨浩, 等. 动态障碍与欺骗攻击下低空飞行器的博弈安全编队控制. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 1996 – 2011

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260028&flag=1

联合攻击下无人机安全轨迹跟踪的全驱系统积分滑模预测控制

【作者】

张大蔚, 刘国平

【摘要】

针对联合攻击下无人机(UAVs)的安全轨迹跟踪问题, 本文提出一种全驱系统(FAS)积分滑模预测控制方法. 首先, 通过构建无人机位姿动力学的全驱系统模型, 将拟议问题转化为非线性全驱系统的安全跟踪控制问题. 其次, 利用Markov链刻画前向通道和反馈通道中拒绝服务(DoS)攻击与虚假数据注入(FDI)攻击的行为特征和攻击模式, 从而建立联合攻击的统一框架. 再次, 引入积分滑模以增强系统鲁棒性, 消除跟踪误差, 进而防御联合攻击. 然后, 根据Diophantine方程设计增量式全驱系统积分滑模预测模型, 继而推导多步超前预测以最小化目标函数, 求解最优安全跟踪控制律. 进一步分析结合线性矩阵不等式(LMI)方法给出保证闭环系统有界稳定性与跟踪性能的充分条件. 最后, 通过无人机安全轨迹跟踪的仿真验证所提方法的可行性.

【关键词】

无人机轨迹跟踪; 联合攻击; 安全跟踪控制; 全驱系统方法; 积分滑模预测控制; 稳定性与跟踪性能

【引用格式】

张大蔚, 刘国平. 联合攻击下无人机安全轨迹跟踪的全驱系统积分滑模预测控制. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 2012 – 2022

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260019&flag=1

水空跨域无人系统协同优化容错控制: 一种分层强化学习策略

【作者】

向雨竹, 陈晨, 郭健, 向峥嵘

【摘要】

针对水空跨域异构无人系统协同控制问题, 研究了基于层级架构的无人机–无人船层级优化编队控制策略. 本文针对无人机–无人船系统潜在的拒绝服务攻击(DoS)与执行器故障, 创新性地将系统分层架构为“协同指令交互层”与面向单个平台的“自主控制执行层”. 在协同指令交互层, 设计事件触发更新机制, 通过状态变化阈值动态控制指令传输频率, 有效抵御DoS攻击并减少冗余通信, 保障多智能体间关键协同信息指令的安全交互. 在自主控制执行层, 以编队跟踪误差及能量消耗最小化为目标, 构建二次型性能指标函数, 基于耦合哈密顿–雅可比–贝尔曼方程的强化学习求解框架, 在线逼近自适应最优控制策略, 实现环境扰动下的高精度协同控制; 同时, 集成自适应故障辨识器, 实时识别执行器故障并生成补偿信号, 提升系统容错能力. 仿真结果表明, 所提策略在DoS攻击、执行器多重故障并发场景下, 仍能完成编队, 并降低控制能耗, 验证了其安全性与高效性.

【关键词】

多智能体系统; 编队控制; 强化学习; 异构集群系统; 优化控制

【引用格式】

向雨竹, 陈晨, 郭健, 等. 水空跨域无人系统协同优化容错控制: 一种分层强化学习策略. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 2023 – 2030

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA250518&flag=1

基于双流解耦与注意力融合的无人机轨迹跟踪强化学习方法

【作者】

杨永刚, 保钦耀, 高志云

【摘要】

针对无人机在复杂动态轨迹跟踪中存在的控制响应滞后、非线性耦合强以及传统强化学习收敛困难等问题, 本文提出一种基于双流解耦与注意力融合的近端策略优化(DCTO-PPO)算法. 该方法提出了一种符合控制物理直觉的双流网络架构: 将轨迹跟踪策略解耦为“位置修正流”与“速度前馈流”. 前者专注于提取空间偏差特征以消除稳态误差, 后者专注于提取轨迹切向特征以实现动态跟随. 通过引入自适应注意力机制, 算法能够根据飞行状态动态分配双流权重, 实现反馈与前馈控制的最优协同. 此外, 设计了维度递进式的课程学习策略, 从静态悬停到三维复杂机动逐步训练, 解决了高维动作空间的探索难题. 在AirSim仿真平台上的实验表明, 与标准近端策略优化(PPO)算法及模型预测控制(MPC)方法相比, 所提方法在两种复杂轨迹跟踪任务中的平均误差降低了约50%, 并在存在外部扰动的情况下展现出更优的鲁棒性与收敛速度.

【关键词】

无人机; 双流解耦; 轨迹跟踪; 注意力机制; 深度强化学习; AirSim

【引用格式】

杨永刚, 保钦耀, 高志云. 基于双流解耦与注意力融合的无人机轨迹跟踪强化学习方法. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 2031 – 2040

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA250537&flag=1

基于生物双信息素机制驱动的多无人机分布式协同航路规划

【作者】

倪正浩, 段海滨

【摘要】

针对多无人机与智能体共享空间下的协同航路规划问题, 传统集中式方法面临计算复杂度高、单点故障风险大的困境, 而现有分布式方法缺乏严格的理论保证且难以处理异构智能体协同. 本文提出了一种分布式协同航路规划框架, 旨在实现异构多智能体的无冲突航路规划. 该框架通过结合生物双信息素机制与博弈论, 分别解决无人机的主动避碰和航迹规划问题, 强调了两者在多无人机系统中相辅相成的作用. 本文建立了基于反应–扩散偏微分方程的连续信息素场理论模型, 提出吸引信息素与排斥信息素的双层场结构. 将多无人机航路规划建模为势博弈, 基于Kakutani不动点定理证明了纳什均衡的存在性. 针对异构智能体特性, 设计了分层决策机制, 无人机采用非线性信息素引导代价函数, 智能体增加局部密度感知项实现主动避让. 最后, 通过仿真验证了本文提出方法的可行性和有效性, 可保证在环境复杂的情况下进行协同航路规划.

【关键词】

无人机; 双信息素机制; 博弈论; 航路规划

【引用格式】

倪正浩, 段海滨. 基于生物双信息素机制驱动的多无人机分布式协同航路规划. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 2041 – 2048

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA250438&flag=1

多模态监视下的低空飞行器航路规划方法

【作者】

贾子晔, 何佳, 崔灿, 朱奕安, 朱秋明, 吴启晖

【摘要】

随着低空空域内飞行器数量增长及运行场景复杂化, 低空智联网(LAIN)通过融合多种通信与监视技术, 为低空飞行器提供连续感知与可靠控制支撑. 然而, 在高密度航路约束运行条件下, 受环境遮挡与多体制协同差异等因素影响, 航路级监视与控制覆盖仍存在连续性不足问题. 面向城市低空高密度运行需求, 本文研究一种基于多模态监视的低空飞行器航路规划方法. 首先, 构建融合5G-A、远程识别与广播式自动相关监视的多模态监视控制协同网络模型, 并在数字化网格空域中统一刻画链路质量与联合覆盖判定准则. 然后, 在满足连续覆盖约束条件下, 设计基于改进A*的多约束路径规划算法, 并评估航路沿线基站切换代价. 仿真结果表明, 多模态监视协同可弥补单一体制盲区, 实现航路级近100%的连续监视覆盖并提升控制链路稳定性, 同时有效缩短航路距离. 结果表明, 所提方法可将多模态监视能力嵌入航路规划过程, 提升LAIN下低空运行的安全与智能管理水平.

【关键词】

低空智联网; 多模态监视; 航路规划; 数字网格; 联合监视与控制

【引用格式】

贾子晔, 何佳, 崔灿, 等. 多模态监视下的低空飞行器航路规划方法. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 2049 – 2060

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260039&flag=1

面向近海安全侦察的多智能体动态任务分配

【作者】

李育婵, 赵恩娇, 赵玉新

【摘要】

针对近海安全侦察任务中海情复杂、任务动态变化、需满足多约束等难题, 现有任务分配方法难以兼顾实时性与安全性, 本文提出一种基于改进双重深度Q网络的动态任务分配方法. 该方法在全局决策阶段综合考虑任务时效性、协同槽位需求和无人机能量约束, 构造动作掩蔽机制以剔除不可行动作, 并结合优先经验回放提高策略学习效率. 在动态任务扰动下, 设计基于双重迟滞判据的局部重分配机制, 仅在受扰局部子图内重构任务链, 并通过收益改善阈值和最小驻留时间约束抑制冗余重分配和任务链频繁切换. 在执行阶段, 引入动力学安全屏蔽层, 利用预测时域内状态序列对无人机运动进行前向校验与安全修正, 从而形成从侦察任务决策到运动执行的闭环安全约束. 实验结果表明, 所提方法在动态近海侦察场景下能够有效降低在线决策开销和任务等待时间, 减少额外机动能耗与安全违规风险, 具备良好的实时性、安全性与鲁棒性.

【关键词】

近海安全侦察; 无人机集群; 动态任务分配; 多智能体强化学习

【引用格式】

李育婵, 赵恩娇, 赵玉新. 面向近海安全侦察的多智能体动态任务分配. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 2061 – 2073

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260033&flag=1

复杂时序约束下多UAV协同任务分配方法

【作者】

白小山, 周俊杰, 李宝德, 张卫东, 李坚强, 葛树志

【摘要】

针对同时包含强时序约束与弱时序约束条件下的多无人机(UAV)多点访问任务分配问题, 本文提出一种两阶段启发式算法. 第1阶段基于最小边际代价算法(EMA)构建各个UAV满足复杂时序约束的初始路径; 第2阶段通过耦合/解耦的局部搜索策略优化路径, 分别形成耦合EMA(EMA-Copt)算法和解耦EMA(EMA-Dopt)算法, 以最小化任务完成时间. 同时, 基于图论高效构建了任务分配问题最优解的下界. 仿真表明, EMA-Copt算法在解质量上优于优先级迭代拍卖算法和协同蚁群算法; 在40个目标点的实物实验中, EMA-Copt算法的性能相对于优先级迭代拍卖算法提高了23%, 相对协同蚁群算法提高了3%. EMA-Copt算法在寻找高质量解方面表现优异, 尤其适用于复杂时序约束任务, 而EMA-Dopt能够在较短的计算时间内提供满意的解决方案, 适用于高实时性需求场景.

【关键词】

多无人机; 任务分配; 复杂时序约束; 最小边际代价; 启发式算法

【引用格式】

白小山, 周俊杰, 李宝德, 等. 复杂时序约束下多UAV协同任务分配方法. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 2074 – 2084

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA250569&flag=1

多无人机吊挂负载系统的抗扰协同控制与队形重构

【作者】

于建, 鲜斌

【摘要】

针对多无人机–吊挂负载系统的协同轨迹跟踪与队形自主重构问题, 本文在存在外界扰动与模型不确定性影响下, 提出一种一体化抗扰协同控制方法. 基于含未知扰动与不确定性的系统动力学模型, 设计了集位置协同控制与拉力冗余分配于一体的控制策略. 通过引入可调权重参数, 实现了负载轨迹跟踪与无人机轨迹跟踪两种模式的切换, 并利用拉力冗余自由度在线调整编队构型以适配任务需求. 随后, 基于李雅普诺夫稳定性理论, 证明了闭环系统跟踪误差的渐近收敛性. 数值仿真表明, 在时变扰动与模型不确定条件下, 所提方法能够保证系统对期望轨迹的稳定跟踪, 并在队形变换过程中保持良好的协调性能. 最后, 基于自主搭建的实验平台对两种模式进行飞行实验, 验证了算法的有效性, 鲁棒性与工程可行性.

【关键词】

多无人机; 协同吊挂控制; 轨迹跟踪; 负载跟踪; 抗扰控制

【引用格式】

于建, 鲜斌. 多无人机吊挂负载系统的抗扰协同控制与队形重构. 控制理论与应用, 2026, 43(9): 2085 – 2094

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA260142&flag=1

关于苏剑波教授团队所著《自抗扰机器人学》的书讯

随着应用场景向非结构化环境的持续拓展, 机器人技术正面临着自主性、适应性和可靠性等方面的全新挑战. 当前人工智能和机器人学的研究重点聚焦于3个关键方向: 一是提升感知系统的抗干扰能力和实时性, 二是优化决策算法的智能化水平, 三是增强系统的自适应执行能力. 在这一发展趋势下, 将自抗扰思想与机器人核心技术深度融合, 已成为提升机器人系统整体性能的重要途径. 这种融合不仅能够强化机器人在复杂环境中的工作能力, 更能为构建新一代智能机器人系统提供创新的技术路线和理论基础. 本书在自抗扰范式下, 从机器人的智能感知, 运动控制, 以及融合视觉感知与伺服控制的视觉伺服共3个方面进行探讨, 构建了“感知–决策–执行”一体化的机器人抗扰控制框架.

自抗扰理论是具有显著中国特色的控制理论体系, 机器人学也是目前驱动人工智能发展的重要平台. 本书是自抗扰控制理论和技术在智能机器人领域应用成果的集中体现, 也是专门阐述自抗扰机器人学的首部专著. 作者及团队扎根机器人学逾30年, 是国内国际机器人领域具有重要影响力且活跃的研究学者. 本专著围绕机器智能抗扰策略与技术、机器人运动抗扰控制、基于传感的机器人抗扰控制等内容, 系统梳理智能机器人领域人工智能与类人智能的现有成果和关键实现路径. 本书可供科研人员与入门学习者参考, 不仅阐释了自抗扰控制方法在机器人学中的实用价值, 也为国际机器人学开辟了新方向.

自抗扰控制理论是中国学者首先提出的控制思想. 本书提供了机器人智能感知的抗扰新范式, 为目标检测、自主定位和轨迹规划等机器人控制领域中的核心问题引入了全新的视角. 书中包含了自抗扰控制在机器人运动控制中的多项实践应用案例, 这些应用成果显著提升了机器人的运动性能与鲁棒性, 为工程技术人员提供了宝贵的理论指导. 本书不仅发扬光大了中国学者提出的原创控制思想, 也为国际机器人学和人工智能领域注入了中国学者的独特声音.

《自抗扰机器人学》内容简介:

自抗扰是人类智能应对复杂多变的世界和完成特定任务的必要功能, 同时也是机器智能模拟和复制甚至超越人类智能的必要组成部分. 本书主要阐述机器人学和人工智能领域的自抗扰策略和技术路线, 汇集作者多年来在抗干扰控制理论方面的基础理论研究和应用研发的原创成果.

全书内容包括3大部分. 第1部分探讨了机器人智能感知的自抗扰新范式, 基于模式识别理论, 围绕感知信息处理、目标检测定位以及智能规划决策等内容, 在自抗扰范式下定义模式识别问题中的干扰, 建立系统模型, 探讨了干扰抑制的主动补偿策略, 为经典问题带来新视角. 第2部分聚焦自抗扰控制在机器人运动控制中的实践应用, 显示了其能显著提升机器人运动鲁棒性的效果, 即针对多种典型机器人系统, 如机械臂、非完整移动机器人、欠驱动的四旋翼无人机, 根据不同机器人系统的特点, 研究了能够广泛适用于不同机器人系统的自抗扰控制技术. 第3部分深入讨论自抗扰理论和技术在机器人视觉伺服领域的探索和应用, 分别针对机械臂和非完整移动机器人的视觉伺服问题, 利用自抗扰控制对模型无依赖的特性, 基于自抗扰控制理论设计了无标定视觉伺服控制策略, 进一步拓宽自抗扰控制的应用边界. 书中构建的智能感知、运动控制、视觉伺服3个部分, 各自既独立成篇又相互衔接, 总结和重点展示了自抗扰理论和技术迄今在智能机器人和人工智能研究中展现的创新成果.

本书可供研究智能机器人、具身智能、人工智能等领域的科研和工程技术人员阅读参考.

刘万泉中山大学

薛文超中国科学院数学与系统科学研究院

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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