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2023-2024年正刊虚拟专题 (第一部分): 智能系统与自主控制

已有 1665 次阅读 2025-10-23 10:54 |个人分类:专题|系统分类:博客资讯

在9月份发布了2023-2024年出版的刊期合集之后，作为延续，我们将开始系统梳理2023-2024年出版的正刊（非专刊）内容，并按三个部分进行分类介绍。

今天发布的是本系列的第一部分，其主题是：智能系统与自主控制。这一领域的研究聚焦于让系统具备更高级的智能和自主性，包括多智能体之间的协同合作、自主移动机器人的导航与规划、以及利用人工智能如强化学习、神经网络等方法实现复杂系统的智能控制。我们整理了近期正刊中与此相关的代表性工作，希望能为关注这一领域的学者们提供一个集中的参考。

本系列的后续内容，将介绍另外两个专题：“先进控制理论与方法” 与“前沿应用与交叉学科”。欢迎持续关注！

论文

01 不确定高阶非线性多智能体系统的动态事件触发二分一致性

Dynamic event-triggered bipartite consensus for uncertain high-order nonlinear multi-agent systems

本文研究一类不确定高阶非线性多智能体系统的二分共识问题，提出了一个有向图以描述各智能体之间的协作和竞争交互。对于每个具有下三角结构的智能体，首先根据相邻智能体的相对输出信息设计时变增益补偿器。随后，提出了一种动态事件触发分布式控制器，以将双方共识误差驱动为零。值得注意的是，触发函数中引入了内部动态变量，这对于排除Zeno行为、降低能耗起到了至关重要的作用。此外，还将动态事件触发控制协议推广到上三角多智能体系统，以实现无 Zeno 行为的双方共识。最后，提供了仿真例子以说明所提出方法的有效性。

标题：Dynamic event-triggered bipartite consensus for uncertain high-order nonlinear multi-agent systems

作者：Yanan Qi, Chunshui Du, Xianfu Zhang, Rui Mu

机构：山东大学

引用：Qi, Y., Du, C., Zhang, X. et al. Dynamic event-triggered bipartite consensus for uncertain high-order nonlinear multi-agent systems. Control Theory Technol. 21, 222–232 (2023). https://doi.org/10.1007/s11768-022-00121-y

全文链接：https://rdcu.be/eINW9

02 二阶随机离散时间多智能体系统的无速度传输一致性控制

Consensus control of second-order stochastic discrete-time multi-agent systems without velocity transmission

本文研究了具有乘法噪声的二阶随机离散时间多智能体系统的几乎必然和均方一致性控制问题。首先，本文设计了一种基于绝对速度和相对位置信息的控制律。其次，考虑到存在乘法噪声和具有Lipschitz常数的非线性项，通过使用退化Lyapunov函数解决了一致性控制问题。然后，对于线性二阶多代理系统，提供了一些明确的一致性条件。最后，进行了两组数值模拟。

标题：Consensus control of second-order stochastic discrete-time multi-agent systems without velocity transmission

作者：Zi-Xuan Wang, Xiaofeng Zong, Ling-Jie Gai

机构：中国地质大学(武汉)

引用：Wang, ZX., Zong, X. & Gai, LJ. Consensus control of second-order stochastic discrete-time multi-agent systems without velocity transmission. Control Theory Technology. 21, 591–601 (2023). https://doi.org/10.1007/s11768-023-00173-8

全文链接：https://rdcu.be/dOUwg‍

03 基于强化学习的输入约束多智能体系统的事件触发H∞一致性控制

Event-triggered H∞ consensus control for input-constrained multi-agent systems via reinforcement learning

本文提出了一种利用强化学习（RL）实现的事件触发H∞共识控制方案，用于具有控制约束的非线性二阶多智能体系统（MASs）。首先，考虑到控制约束，将受限H∞共识问题转化为一个具有非二次性能函数的多人零和博弈。然后，提出了一种事件触发控制方法以节省通信资源，并为每个智能体开发了一个新的触发条件，使得触发阈值独立于干扰衰减水平。为了在最坏的干扰情况下导出可以最小化成本函数的最优控制器，定义了一个受限的Hamilton-Jacobi-Bellman（HJB）方程。由于其强非线性使得解析求解变得困难，因此采用了强化学习（RL）来获得最优控制器。具体来说，通过时间触发的评论网络来近似最优性能函数和最坏情况下的干扰；同时，通过事件触发的执行者网络来近似最优控制器。之后，利用Lyapunov分析证明了系统的一致最终有界（UUB）稳定性以及网络权重误差的UUB性质。最后，利用仿真示例演示了所提供控制策略的有效性。

标题：Event-triggered H∞ consensus control for input-constrained multi-agent systems via reinforcement learning

作者：Jinxuan Zhang1, Chang-E Ren1

机构：1首都师范大学信息工程学院

引用：Zhang, J., Ren, CE. Event-triggered H∞ consensus control for input-constrained multi-agent systems via reinforcement learning. Control Theory Technology. 22, 25–38 (2024).https://doi.org/10.1007/s11768-023-00177-4

全文链接：https://rdcu.be/dOUuS‍

04 扰动多智能体系统的分布式鲁棒矩阵尺度一致性控制Distributed robust matrix-scaled consensus control of perturbed multi-agent systems分布式矩阵尺度一致性是一种广义的协同控制问题，广泛应用于社会网络和工程领域。本文研究了受未知扰动影响的扰动多智能体系统的鲁棒分布式矩阵尺度一致性问题。首先，提出了分布式不连续控制协议，使得各智能体能够实现簇一致性并抑制扰动的影响。同时，设计了遵循微分方程的随时间变化的自适应增益协议，这些协议完全是分布式的，不依赖全局信息。为了避免由于不连续函数导致的意外抖振效应，使用边界层技术提出了平滑控制协议。作为代价，在设计的平滑协议下，定义的矩阵尺度一致性误差趋向于一个残差集，而非趋于零，通过选择适当的参数可以使残余界任意小。此外，还提出了分布式动态事件驱动的矩阵缩放一致性控制器，避免了持续通信。仿真实例进一步验证了所设计的算法。

标题：Distributed robust matrix-scaled consensus control of perturbed multi-agent systems

作者：Bin Cheng1,2 · Gang Li1,2,4 · Kun An3 · Chunhui Yu3

机构：1同济大学控制科学与工程系；2上海智能自主系统研究院；3同济大学道路与交通工程教育部重点实验室；4上海阳光康复中心

引用：Cheng, B., Li, G., An, K. et al. Distributed robust matrix-scaled consensus control of perturbed multi-agent systems. Control Theory Technol. 22, 623–637 (2024). https://doi.org/10.1007/s11768-024-00203-z

全文链接：https://rdcu.be/eL5qC

05 自主移动机器人全局路径规划：一种基于先验信息的粒子群优化方法

Autonomous mobile robot global path planning: a prior information-based particle swarm optimization approach

自主移动机器人的路径规划（PPoAMR）是一个非常复杂的多约束问题。其主要目标是找到从起点到目标点的最短无碰撞路径。由于PPoAMR问题具有先验知识，即当不考虑障碍物时，起点和目标点之间的直线路径是最优解。本文提出了一种新的基于PPoAMR先验知识的路径规划算法，包括适应度值计算方法和先验知识粒子群优化算法（PKPSO）。新的适应度计算方法可以通过添加自适应系数来尽可能多地保留每个个体携带的信息。PKPSO算法通过添加根据PPoAMR先验知识计算的先验粒子来修改粒子速度更新方法，并实现了精英保留策略，提高了局部最优规避能力。此外，还设计了五次多项式轨迹优化方法来生成平滑路径。最后，与现有技术进行了一些实验比较，以证明所提出的路径规划算法的有效性。

标题：Autonomous mobile robot global path planning: a prior information-based particle swarm optimization approach

作者：Lixin Jia，Jinjun Li，Hongjie Ni，Dan Zhang

机构：浙江工业大学

引用：Jia, L., Li, J., Ni, H. et al. Autonomous mobile robot global path planning: a prior information-based particle swarm optimization approach. Control Theory and Technology, 21, 173–189 (2023). https://doi.org/10.1007/s11768-023-00139-w

全文链接：https://rdcu.be/dorA1

06 基于固定时间滑模控制的全向移动机器人精确轨迹跟踪

Precise trajectory tracking of Mecanum-wheeled omnidirectional mobile robots via a novel fixed-time sliding mode control approach

本文提出了一种新颖的固定时间滑模控制方法，用于麦克纳姆轮全向移动机器人的轨迹跟踪任务。首先，将两相吸引子的思想引入滑模控制领域，提出了一种新的固定时间滑模面。然后，根据该滑模面，为全向移动机器人设计了一种新型非奇异快速终端滑模控制算法，能够实现快速固定时间收敛特性。严格证明了控制系统的稳定性，并阐述了控制参数整定的指导方针。最后，进行实验来测试机器人的轨迹跟踪性能。实验结果证明了所提滑动面和相应控制方法与基准控制器相比的优越性。

标题：Precise trajectory tracking of Mecanum-wheeled omnidirectional mobile robots via a novel fixed-time sliding mode control approach

作者：Zhe Sun 1、Zhipeng Li 1、Hao Xie 2、Yunjun Zheng 3、Jinchuan Zheng 2、Bo Chen1

机构：1 浙江工业大学信息工程学院；2 澳大利亚斯威本科技大学科学、计算与工程技术学院；3 合肥工业大学机械工程学院

引用：Sun, Z., Li, Z., Xie, H. et al. Precise trajectory tracking of mecanum-wheeled omnidirectional mobile robots via a novel fixed-time sliding mode control approach. Control Theory Technol. 22, 596–611 (2024). https://doi.org/10.1007/s11768-024-00224-8

全文链接：https://rdcu.be/dOwhM

中文简介链接：基于固定时间滑模控制的全向移动机器人精确轨迹跟踪

07 基于脉冲神经网络的帆船导航控制系统

Sailboat navigation control system based on spiking neural networks

本文中，作者提出了一种基于脉冲神经网络(SNN)的帆船导航控制系统的开发。选择这种网络的灵感源于它们在专用硬件上可实现快速低能耗计算的潜力。为了训练系统，本文使用了调制尖峰时变可塑性强化学习规则和基于BindsNET库和USVSim模拟器的仿真环境。本文的目标是开发一种基于脉冲神经网络的控制系统，该系统可以学习一种允许帆船根据航行场景条件，在两点之间以直线或之字形路线和回转的导航策略。作者给出了该问题的数学定义、仿真环境的运行机制、脉冲神经网络控制器和所使用的控制策略。本文获得了425个完成所给导航任务的基于脉冲神经网络控制器，这表明仿真环境和实施的控制策略能够是有效的。最后，将本文的最佳控制器行为与其他算法进行比较，并提出一些可能的策略以改善其性能。

标题：Sailboat navigation control system based on spiking neural networks

作者：Nelson Santiago Giraldo1, Sebastián Isaza1, Ricardo Andrés Velásquez1

机构：1. University of Antioquia, Colombia

引用：Giraldo, N.S., Isaza, S. & Velásquez, R.A. Sailboat navigation control system based on spiking neural networks. Control Theory Technol. 21, 489–504 (2023).https://doi.org/10.1007/s11768-023-00150-1

全文链接：https://rdcu.be/dsiiC

中文简介链接：好文推荐 | 基于脉冲神经网络的帆船导航控制系统

08 四旋翼无人飞行器的输出反馈自适应超扭曲滑动模式控制

Output feedback adaptive super twisting sliding mode control for quadrotor UAVs

本文提出了一种具有自适应增益的滑模控制与高阶滑模观测器相结合的方法，以解决四旋翼无人机在存在有界外部干扰和参数不确定性的情况下的跟踪问题。设计高阶滑模观测器以估计线速度和角速度，实现所提出的控制方法。此外，引入Lyapunov函数来设计具有自适应律的控制器，给出了有限时间收敛到零的一个充分条件。较先前工作，本文所提出方法的一个重要优点是：控制增益仅根据一个自适应参数进行参数化，可通过避免增益过高估计来减少控制器工作量。四旋翼飞行器跟踪控制的数值模拟显示了所提出的自适应控制-观测器方案的性能。

标题：Output feedback adaptive super twisting sliding mode control for quadrotor UAVs

作者：Oscar Salas-Peña 1 , Jesus DeLeón-Morales 2,Susana V. Gutiérrez-Martínez

机构：1. 南特中央学院, 南特, 法国；2.新莱昂自治大学机械与电气工程学院，圣尼古拉斯德洛斯加尔萨，墨西哥

引用：Salas-Peña, O., DeLeón-Morales, J. & Gutiérrez-Martínez, S.V. Output feedback adaptive super twisting sliding mode control for quadrotor UAVs. Control Theory Technol. 22, 92–105 (2024). https://doi.org/10.1007/s11768-023-00195-2

全文链接：https://rdcu.be/dA8rU

中文简介链接：四旋翼无人飞行器的输出反馈自适应超扭曲滑动模式控制

09 具有参数不确定和执行器故障的四旋翼无人机鲁棒容错控制

Robust fault-tolerant control for quadrotor UAVs with parameter uncertainties and actuator faults

本文提出了一种新的鲁棒复合滑模控制器(RCSMC)，用于补偿四旋翼无人机在未知干扰下的执行器故障。闭环控制系统分为两部分：针对无扰动标称系统设计的基准控制器，以及针对系统总扰动的基于自适应有限时间扩张状态观测器(AFTESO)的补偿控制器。RCSMC抑制了系统总扰动，保证了飞行控制系统的渐近稳定性。通过数值模拟验证了所提出的方法。

标题：Robust fault-tolerant control for quadrotor UAVs with parameter uncertainties and actuator faults

作者：Hao Liu1, Yuying Guo1, Youmin Zhang2, Bin Jiang3

机构：1 西南科技大学；2 Concordia University (加拿大)；3 南京航空航天大学

引用：Liu, H., Guo, Y., Zhang, Y. et al. Robust fault-tolerant control for quadrotor UAVs with parameter uncertainties and actuator faults. Control Theory Technol. 22, 581–595 (2024). https://doi.org/10.1007/s11768-024-00228-4

全文链接：https://rdcu.be/dSzjX

中文简介链接：具有参数不确定和执行器故障的四旋翼无人机鲁棒容错控制

10 用于去中心化多机器人协同定位的一致性批量融合

Consistent batch fusion for decentralized multi-robot cooperative localization

本文研究了基于机器人间的相对测量和各机器人间歇性的绝对测量进行多机器人协同定位的问题，提出了一种去中心化的协同定位方法，实现了在局部计算、局部存储和局部通信下的完全分布式协同定位。具体而言，为了降低通信负荷以及对网络连通性的依赖，不保存和交换机器人间的互协方差，仅需要具备相对测量的机器人对之间彼此通信。为了保证估计结果的一致性且提高融合估计性能，设计了基于协方差交集（Covariance Intersection, CI）技术的批处理融合方法，同时处理来自多个邻居机器人的相对测量，利用基于CI的联合协方差上界替代未知的联合先验协方差，保证各机器人估计结果的一致性。理论分析证明了所提出算法的一致性和收敛性，进一步的蒙特卡洛仿真和真实数据集实验表明，所提出的方法在精度和一致性上均优于现有方法。

标题：Consistent batch fusion for decentralized multi-robot cooperative localization

作者：Ning Hao, Fenghua He, Yu Yao, Yi Hou

机构：哈尔滨工业大学航天学院

引用：Hao, N., He, F., Yao, Y. et al. Consistent batch fusion for decentralized multi-robot cooperative localization. Control Theory Technol. 22, 638–651 (2024). https://doi.org/10.1007/s11768-024-00229-3

全文链接：https://rdcu.be/dOS3b

中文简介链接：用于去中心化多机器人协同定位的一致性批量融合

11 具有视觉辅助的机械手抓取系统的双滑模协调控制

Dual sliding mode coordinated control of manipulator grasping system with visual assistance

在自动化生产中，机械手的操作效率被放在首要位置。本文提出了一种联合控制策略，用于关节伺服和视觉伺服，以实现工作区域内的及时转移和精确抓取。针对传统滑模控制抖动和收敛速度慢的问题，在非奇异快速终端滑模控制的基础上，提出了一种快速变功率到达率控制器，可以有效减少收敛时间和抖动。为解决传统视觉伺服控制方法对环境敏感的问题，提出了基于积分滑模的视觉伺服控制器，以确保机械手的良好定位精度。基于上述两种提出的控制器，采用协调控制策略实现对机械手的控制。最后，使用C++编程语言开发了上位机软件，用于监控工作站。通过多次仿真和实验验证了上述方法的可行性。

标题：Dual sliding mode coordinated control of manipulator grasping system with visual assistance

作者：Pengxin Zhang, Haisheng Yu, Xiangxiang Meng, Zhe Li, Qing Yang, Xunkai Gao

机构：青岛大学自动化学院，山东工业控制技术重点实验室

引用：Zhang, P., Yu, H., Meng, X. et al. Dual sliding mode coordinated control of manipulator grasping system with visual assistance. Control Theory Technol. 22, 106–121 (2024). https://doi.org/10.1007/s11768-023-00178-3

全文链接：https://rdcu.be/dxhae

12 基于未知系统动态估计器的具有增强性能的下肢外骨骼阻抗控制

Unknown system dynamics estimator-based impedance control for lower limb exoskeleton with enhanced performance

在针对下肢外骨骼，本文提出了一种基于未知系统动力学估计器的阻抗控制方法，以在参数不准确和意外干扰的情况下，激发其对终端目标位置的跟踪灵活性。为加强鲁棒性能，通过构建基于滤波操作的动态关系，即不变流形，利用未知系统动态估计器在髋关节和膝关节子系统中维持准确的干扰识别。此外，设计了漏斗控制技术，以在较小的过冲和更高的稳态精度内管理收敛过程。同时，通过阻抗控制可以获得交互式的投诉结果，其中通过力-位置映射将预设的终端轨迹调整为基于交互变量的目标位置，揭示了阻抗系数（刚度和阻尼）与调整位置幅度之间的动态影响。充分的稳定性分析验证了所有误差信号的最终一致有界结果，甚至可以在整个收敛过程中将角度误差调整到预定义的漏斗边界内。最后，提供了一些仿真来证明其有效性和优越性，包括增强的交互灵活性和鲁棒性。

标题：Unknown system dynamics estimator-based impedance control for lower limb exoskeleton with enhanced performance

作者：Wenhao Zhang1,2*, Peng Song1,2, Mingying Wu1, Qiang Li1,2, Xinmin Mo1,2 and Pingxin Ji1,2,3

机构：1 西北机电工程研究所；2 西安卓越智动科技有限公司；3 北京理工大学机械工程系

引用：Zhang, W., Song, P., Wu, M. et al. Unknown system dynamics estimator-based impedance control for lower limb exoskeleton with enhanced performance. Control Theory Technol. 22, 56–68 (2024). https://doi.org/10.1007/s11768-023-00189-0

全文链接：https://rdcu.be/dxg7N

13 多层制造过程的模块化监督控制Modular supervisory control for multi-floor manufacturing processes鉴于可用空间的有限和土地的高成本，城市和工业领域的多层制造(multi-floor manufacturing, MFM)系统正在不断发展。本文基于Ramadge-Wonham框架引入了多层制造过程中的协调问题。以有限确定性自动机的形式，建立了具有每层楼的制造链和电梯系统的参数化模型，模型是跟楼层数量和每个楼层上的制造机器数量有关的。协调系统预计性能是用所需分析形式的正则语言来表示的。这些语言可由适当的监管者以有限确定性自动机的形式实现。监督者的模型也与楼层数量和每层楼的制造机器数量有关，多层制造过程协调的总体控制可通过模块化监督控制体系结构实现，监督架构的复杂性以及整个模块化监督架构的复杂性以分析形式确定，包含楼层数量和每层楼的制造机器数量等。最后，利用包含两层制造过程的例子进行了说明，验证了设计的有效性。标题：Modular supervisory control for multi-floor manufacturing processes作者：Fotis N. Koumboulis, Dimitrios G. Fragkoulis, Aristides A. Michos机构：National and Kapodistrian University of Athens (希腊)引用：Koumboulis, F.N., Fragkoulis, D.G. & Michos, A.A. Modular supervisory control for multi-floor manufacturing processes. Control Theory Technol. 21, 148–160 (2023). https://doi.org/10.1007/s11768-023-00135-0全文链接：https://rdcu.be/ecLnS中文简介链接：好文推荐 | 多层制造过程的模块化监控

期刊简介

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Control Theory and Technology (CTT), 中文名《控制理论与技术》, 创刊于2003年，原刊名为Journal of Control Theory and Applications，2014年刊名更改为Control Theory and Technology。由华南理工大学与中国科学院数学与系统科学研究院联合主办，主要报道系统控制科学中具有新观念、新思想的理论研究成果及其在各个领域中的应用。目前被 ESCI (JIF 1.5)、EI、Scopus (CiteScore 3.2)、CSCD、INSPEC、ACM 等众多数据库收录, 并于2013–2018年获得两期中国科技期刊国际影响力提升计划项目资助。2017–2021年连续获得“中国最具国际影响力学术期刊”和“中国国际影响力优秀学术期刊”称号，获得广东省高水平科技期刊建设项目(2021-2024年)，2022-2024年进入中国科协自动化学科领域高质量科技期刊目录。

官网：https://link.springer.com/journal/11768 (即http://www.springer.com/11768)

https://jcta.ijournals.cn/cta_en/ch/index.aspx

投稿：https://mc03.manuscriptcentral.com/ctt

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