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《控制理论与应用》2026年第7期虚拟专刊：控制算法应用

已有 740 次阅读 2026-9-17 10:36 |个人分类:刊期目录|系统分类:博客资讯

卷首语

控制算法的生命力在于其解决实际工程问题的能力. 本期"控制算法应用"专题汇集了七项面向典型工业场景的研究成果, 涵盖了小型单旋翼无人直升机的容错控制、并联变换器的扰动补偿与动态特性改进、垂直冷发射导弹的大姿态机动控制、多非完整性移动机器人的噪声环境编队、四旋翼无人机的路径规划与分布式协同、非圆车削主轴的扰动抑制, 以及DC-DC Buck-Boost变换器的稳定性分析.

这些工作直面工程中的非线性、强耦合、外部扰动、通讯噪声和执行器故障等现实约束, 分别引入了超螺旋滑模算法、预设性能控制、重复扩张状态观测器、切换仿射建模等先进手段, 在提升系统鲁棒性、收敛速度与稳态精度的同时, 兼顾了实际部署的可行性与计算负担. 从飞行器到电力电子, 从机动控制到协同编队, 这些应用研究不仅验证了控制理论的实效性, 也为同类系统的工程实践提供了有益参照. 期望本专题能激发更多面向真实场景的控制算法创新, 推动理论研究与工程落地的良性互动.

论文

基于超螺旋算法的小型单旋翼无人直升机容错控制

【作者】

刘沫寒, 鲜斌

【摘要】

针对具有模型不确定性的小型单旋翼无人直升机在出现执行器有效性损失故障下的容错控制问题, 本文基于增量式非线性动态逆方法和超螺旋控制算法, 提出了一种新的非线性容错控制设计方法. 首先, 基于几何控制的概念, 将直升机的姿态跟踪误差表示为旋转矩阵形式, 以增强控制效果的平滑度; 其次, 基于增量式非线性动态逆方法, 对考虑执行器故障的非线性动力学模型进行了处理; 然后, 在此基础上进一步引入了超螺旋控制设计方法, 设计了一种非线性鲁棒容错控制算法, 用于提高控制系统对执行器有效性损失故障的鲁棒性. 通过Lyapunov分析方法证明了闭环系统的稳定性, 以及直升机姿态跟踪误差的有限时间收敛性; 最后, 在小型单旋翼无人直升机硬件在环实验平台上进行了实验验证, 并与一种几何控制设计方法进行了对比, 证明了本文提出的控制方案在发生故障时具有较好的鲁棒性和安全控制性能.

【关键词】

单旋翼无人直升机; 容错; 超螺旋控制; 增量式非线性动态逆; 非线性控制系统

【引用格式】

刘沫寒, 鲜斌. 基于超螺旋算法的小型单旋翼无人直升机容错控制. 控制理论与应用, 2026, 43(7): 1455 – 1463

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240251&flag=1

锁相环扰动影响下的并联变换器扰动前馈补偿及动态特性改进控制方法

【作者】

刘鑫蕊, 夏天, 任瀚文, 王睿, 孙秋野

【摘要】

随着新能源发电比例的提升, 并联变换器在弱电网中的应用日益广泛. 然而, 弱电网特性使电网阻抗与锁相环(PLL)之间的动态耦合加剧, 削弱系统的稳定裕度并降低变换器的输出功率. 现有研究多聚焦于PLL参数优化或改进电压前馈方法, 但在针对并联变换器系统的同步稳定性和控制器结构改进方面仍存在一定局限性. 本文基于阻抗分析理论, 提出一种融合扰动电压前馈补偿与动态特性改进的控制策略, 通过在电流控制环中引入扰动前馈补偿项和动态特性改进项, 旨在缓解弱电网条件下PLL扰动对系统稳定性的影响, 并利用广义奈奎斯特稳定判据(GNC)分析同步稳定性. 最后, 通过MATLAB/Simulink仿真平台验证了所提策略的有效性与适用性.

【关键词】

并联变换器; 弱电网; 锁相环; 阻抗分析理论; 扰动电压前馈补偿; 广义奈奎斯特稳定判据

【引用格式】

刘鑫蕊, 夏天, 任瀚文, 等. 锁相环扰动影响下的并联变换器扰动前馈补偿及动态特性改进控制方法. 控制理论与应用, 2026, 43(7): 1464 – 1472

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240621&flag=1

基于预设性能的垂冷发导弹初始段大姿态机动控制

【作者】

黄文科, 冉光滔, 郭延宁, 李传江, 马广富

【摘要】

本文针对垂冷发导弹初始段大角度姿态机动控制问题, 提出一种基于预设性能的导弹大角度姿态机动控制方法, 并设计了弹道跟踪的过载制导律以及过载驾驶仪. 首先, 基于有限时间稳定理论, 设计出扩张状态观测器, 实现对扰动的主动抑制; 其次, 将误差四元数为状态量的状态空间模型转换为Euler-Lagrange模型, 并根据误差四元数构建出滑模面, 通过约束转换关系设计基于预设性能的大角度姿态控制律; 通过将导弹的动力学模型进行线性化, 设计出弹道跟踪的过载制导律以及过载驾驶仪; 最后, 通过数值仿真, 验证了本文所提方法的有效性.

【关键词】

垂冷发导弹; 预设性能控制; 有限时间稳定; 姿态控制; 过载控制

【引用格式】

黄文科, 冉光滔, 郭延宁, 等. 基于预设性能的垂冷发导弹初始段大姿态机动控制. 控制理论与应用, 2026, 43(7): 1523 – 1533

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240495&flag=1

噪声通讯下多非完整性移动机器人有限时间编队控制

【作者】

刘海龙, 张柱, 秦海

【摘要】

多非完整性移动性机器人依赖于通讯网络交互自身的状态信息, 然而通讯网络易受到各种噪声源的干扰, 使得传输过程中原本清晰的信息变得模糊不清, 从而影响多非完整性移动机器系统的整体性能. 为了提高多非完整性移动机器的编队精度, 提出一种噪声通讯下多非完整性移动机器人有限时间编队控制算法. 首先, 采用包含了未知系数和残差的非线性函数对带有噪声信号的交互信息进行建模, 并使用自适应控制技术和鲁棒控制技术分别对模型的未知系数和残差进行估计和补偿; 然后, 提出一种新颖的有限时间编队控制算法确保非完整性多移动机器人在噪声网络下快速形成期望编队, 并且基于李雅普诺夫稳定性定理, 证明了多机器人系统闭环信号有界以及编队误差有限时间收敛至预定义范围; 最后, 在仿真环境中验证了有限时间编队控制算法的有效性.

【关键词】

多非完整性移动机器人; 噪声通讯; 自适应控制; 鲁棒控制; 有限时间编队控制

【引用格式】

刘海龙, 张柱, 秦海. 噪声通讯下多非完整性移动机器人有限时间编队控制. 控制理论与应用, 2026,43(7): 1544 – 1551

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240564&flag=1

四旋翼无人机编队飞行路径规划及分布式协同控制

【作者】

许海涛, 陈龙胜, 王宇翔, 赵天隆

【摘要】

针对未知三维环境中四旋翼无人机编队安全飞行问题, 基于强化学习、人工势场和多智能体一致性理论提出了一套路径规划算法和分布式协同控制协议. 首先, 基于Q-learning和B样条曲线拟合构建虚拟长机路径规划算法, 在未知环境中实现对长机路径的精确规划和避障. 然后根据人工势场理论设计新的斥力函数并将其引入控制协议保证僚机跟随长机执行任务的同时能有效避障和避碰, 并设计扩张状态干扰观测器对系统的集总扰动进行在线逼近以提升系统的鲁棒稳定性. 在此基础上, 基于反推法和多智能体一致性理论为多四旋翼无人机编队飞行设计了适用于六自由度全状态的航迹跟踪分布式一致性协同控制协议. 最后, 利用Lyapunov稳定理论严格证明了编队飞行闭环系统的稳定性, 并通过仿真实验验证了所设计的无人机编队飞行路径规划及分布式协同控制协议的可行性和有效性.

【关键词】

强化学习; 路径规划; 四旋翼无人机编队; 分布式协同控制; 干扰抑制

【引用格式】

许海涛, 陈龙胜, 王宇翔, 等. 四旋翼无人机编队飞行路径规划及分布式协同控制. 控制理论与应用, 2026, 43(7): 1552 – 1563

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240494&flag=1

基于重复扩张状态观测器的非圆车削主轴扰动抑制

【作者】

王小眷, 周兰, 肖文彬, 李美柳

【摘要】

针对非圆车削主轴驱动电机在恒速运行加工过程中由切削力引起的周期扰动问题, 本文提出基于改进型重复扩张状态观测器的扰动抑制方法, 实时估计并补偿包含参数摄动和周期扰动在内的总扰动, 提高非圆车削加工精度. 首先, 利用系统的可测输出和控制输入信号设计扩张状态观测器, 用于估计总扰动; 其次, 根据切削力引起的周期扰动特性设计重复控制器, 并将其嵌入扩张状态观测器中, 以提高周期扰动的估计精度. 在此基础上, 构造基于扰动动态补偿的复合控制规律, 消除扰动对系统的影响, 保证系统对参考输入的跟踪精度; 然后, 应用分离设计原理和小增益定理推导系统稳定性条件, 并采用粒子群优化算法对前馈增益、重复扩张状态观测器参数以及状态反馈增益进行同步优化; 最后, 通过仿真对比验证所提方法的有效性与优越性.

【关键词】

扩张状态观测器; 重复控制; 切削力; 周期扰动

【引用格式】

王小眷, 周兰, 肖文彬, 等. 基于重复扩张状态观测器的非圆车削主轴扰动抑制. 控制理论与应用, 2026, 43(7): 1564 – 1573

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA250015&flag=1

切换仿射建模下的DC-DC Buck-Boost变换器稳定性分析

【作者】

朱延正, 黄发训, 杨荣妮, 徐孝增

【摘要】

本文针对DC-DC Buck-Boost变换器输出电压的稳定性问题, 提出了一种基于状态依赖切换控制与切换仿射模型的创新性解决方案. 为确保系统在动态变化中的稳定性, 构建了一类新的切换多平移点Lyapunov函数, 结合Lyapunov稳定性理论与线性矩阵不等式方法, 设计出一类基于切换仿射模型的控制函数. 该控制函数显著提升了系统的动态响应性能, 有效抑制了输出电压波动, 改善了系统的动态性能并保持输出电压的稳定. 通过合理的切换控制设计, 使DC-DC Buck-Boost变换器在升压、降压以及过渡阶段均能够实现系统的稳定运行. 实验结果进一步验证了所提出方法的有效性与可行性, 为DC-DC变换器控制策略的优化提供了新的研究思路和技术支持.

【关键词】

DC-DC Buck-Boost功率变换器; 切换仿射模型; Lyapunov函数; 切换多平移点; 输出电压控制

【引用格式】

朱延正, 黄发训, 杨荣妮, 等. 切换仿射建模下的DC-DC Buck-Boost变换器稳定性分析. 控制理论与应用, 2026, 43(7): 1606 – 1613

【全文链接】

https://jcta.ijournals.cn/cta_cn/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=CCTA240579&flag=1

结语

本期七篇论文聚焦控制算法在无人直升机、并联变换器、导弹制导、移动机器人、四旋翼编队、非圆车削和DC-DC变换器等典型工业场景中的落地应用. 面对非线性、强耦合、外部扰动、通讯噪声和执行器故障等现实约束, 研究者引入超螺旋滑模、预设性能控制、重复扩张状态观测器和切换仿射建模等手段, 在提升鲁棒性、收敛速度和稳态精度的同时兼顾了工程可行性.

从飞行器到电力电子, 从机动控制到协同编队, 这些成果共同验证了控制算法从理论走向实践的可行路径. 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工业场景中落地生根.

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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