• 2023年第38卷第8期文章目次
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    • >东北大学百年校庆特刊
    • 《控制与决策》东北大学百年校庆特刊序言

      2023, 38(8):2049-2050. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0930

      摘要 (486) HTML (835) PDF 721.38 K (879) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 端边云协同的复杂工业过程运行控制智能系统

      2023, 38(8):2051-2062. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0327

      摘要 (1082) HTML (2928) PDF 4.15 M (1693) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对难以建立数学模型的复杂工业运行控制过程,利用可获得的过程控制系统设定值和运行指标以及相关变量的工业大数据和运行控制过程特性,将系统辨识与深度学习相结合,建立以实际运行指标以及相关变量为输入,以实际过程控制系统设定值为输出的运行控制过程数字孪生模型,提出云-边协同的过程控制系统设定值智能控制方法.所提出方法由云-运行控制过程数字孪生模型、边-过程控制系统设定值智能控制模型和自校正机制组成.将工业互联网与工业过程控制系统相结合,提出端边云协同的工业运行控制智能系统的架构和功能,采用所提出控制系统设定值智能控制方法,研制工业过程运行控制智能系统,并在选矿关键设备-----高压辊磨成功应用.所提出系统安全、可靠和优化运行,取得了显著的节能减排效果.

    • 复杂工业过程特征建模方法及应用研究

      2023, 38(8):2063-2078. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0370

      摘要 (1082) HTML (2298) PDF 1.41 M (1708) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对复杂工业过程的特征建模是研究其优化控制的基础.复杂工业过程普遍具有强干扰、非线性、大时变等诸多不确定性特征,部分工艺涉及复杂的生化反应并伴有强污染和高危性,检测数据具有维度高、噪声大等特性,这均为建立精准的工业模型提出了更急迫的需求和更高的标准.鉴于此,总结并归纳当前复杂工业过程的建模思路和研究进展,旨在从多个视角分析不同建模方法的适用性和有效性,为先进的优化控制理论指导实际工业生产奠定模型基础.首先,从机理建模、数据驱动建模和混合建模3个方向对目前主流的工业建模方法进行划分和综述;然后,阐述各类建模方法的具体设计思路,并分析模型结构和算法特点;接着,调研不同建模策略在解决实际工业过程中的指标建模、被控对象建模、全流程建模等问题的具体应用情况;最后,结合目前工业智能化建设趋势及其面临的挑战性问题,指出未来的研究思路和发展方向.

    • 航天器姿轨控制研究综述:微分几何控制方法

      2023, 38(8):2079-2092. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0124

      摘要 (956) HTML (3020) PDF 2.62 M (1858) 评论 (0) 收藏

      摘要:作为空间任务顺利执行的关键技术,航天器姿态和轨道控制具有典型的非线性特征,其本质是对在矩阵李群SO(3)和SE(3)上演化的动态系统进行控制.与传统的参数化模型相比,航天器的矩阵李群模型对姿轨表征具有全局性、非奇异性和唯一性等固有优势,为控制设计提供了数学简洁、精度高、适用性好的模型基础.因此,近年来基于微分几何控制方法直接对其进行系统分析和控制设计的研究逐渐兴起,取得了一系列突破性成果.鉴于此,首先,系统地论述微分几何控制理论在航天器姿轨控制应用中的研究现状和进展;然后,面向空间任务的实际需要,分别对基于矩阵李群模型的单体航天器姿态控制、姿轨耦合控制、网络化航天器集群姿轨协同控制3个技术方向加以讨论;最后,对上述研究领域中存在的难题和挑战进行总结,并对未来发展方向进行展望.

    • 网络攻击下的信息物理系统安全状态估计研究综述

      2023, 38(8):2093-2105. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0885

      摘要 (1217) HTML (2098) PDF 2.38 M (1656) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来,信息物理系统在工业界的广泛应用引起了人们对系统安全问题的极大关注.信息物理系统对通信网络的深度依赖,使得网络攻击成为其中最为严峻的威胁之一,特别是那些能够干扰系统状态认知的攻击,因此,安全状态估计(即在遭受攻击时正确估计系统状态)已成为各界广泛关注的安全问题之一.此文旨在总结网络攻击下信息物理系统安全状态估计研究的进展.首先,介绍典型的网络攻击,并详细阐述在稀疏攻击下的安全状态估计问题.其次,探讨集中式安全状态估计和分布式安全状态估计的研究现状.在考虑稀疏攻击下安全状态估计问题的难点时,关键在于如何快速找到受到攻击的信道集合(这可能涉及到高计算复杂度).因此,将安全状态估计方法分为遍历搜索和非遍历搜索两大类,并对现有方法的优缺点进行归纳总结和详细阐述.然后,介绍稀疏攻击下信息物理系统安全状态能观性分析的研究现状.现有的研究结果表明:增加检测机制或先验知识可以缓解在稀疏攻击下安全状态估计所需的基础冗余度要求;同时,通过区分攻击和故障,也能有效降低传感器冗余度要求.最后,对信息物理系统安全状态估计仍然存在的问题进行展望,并提出一些可能的解决方向.

    • 基于熵理论的综合能源系统不可能三角研究综述

      2023, 38(8):2106-2121. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0395

      摘要 (297) HTML (1292) PDF 958.40 K (867) 评论 (0) 收藏

      摘要:面向“碳达峰、碳中和”目标,能源系统呈现可再生能源高比例接入、电气冷热能源形式多样、源网荷储互动频繁、信息能源深度耦合等众多新特性,综合能源系统面临着“环保-安全-经济”3个目标无法同时满足的能源不可能三角问题.在信息深度耦合的综合能源系统中,不可能三角问题将从传统的纯能量特性研究转向信息与能量的双重特性研究.熵具有信息与能量的双重特性,鉴于此,对熵理论在综合能源系统中的研究展开综述.首先介绍熵的基础理论并将其作为一种量化工具引入不可能三角问题;然后基于能源不可能三角问题特性,分类介绍熵理论在环保性、安全性与经济性3个方向的应用,归纳并提炼综合能源系统运行中的新问题,分析现有研究成果下熵理论应对不可能三角研究的优势;最后对基于熵理论的综合能源系统不可能三角研究所面临的主要挑战及未来可能的研究方向进行总结和展望.

    • 类严格反馈系统的模糊弱扰动解耦控制

      2023, 38(8):2122-2129. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0146

      摘要 (263) HTML (965) PDF 769.04 K (892) 评论 (0) 收藏

      摘要:大多数实际系统含有不确定项,且受到扰动的影响.采用模糊逻辑方法估计不确定项是降低不确定性影响的常见方法之一,而模糊近似扰动解耦是抑制扰动影响的主要手段.模糊近似扰动解耦对应的增益不等式包含无界项,所以无实际价值,为此提出模糊弱扰动解耦的控制方法.该方法采用模糊万能逼近定理估计不确定项,利用反步法设计控制器使得闭环系统具有弱扰动解耦性能,即闭环系统稳定且输出的范数不大于正常数加上扰动范数与正常数之积.仿真结果验证了模糊弱扰动解耦控制器能够保证闭环系统的弱扰动解耦性能.

    • 从结构推断到根因识别-----工业过程故障根因诊断研究综述

      2023, 38(8):2130-2157. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0270

      摘要 (529) HTML (3472) PDF 1.81 M (1321) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于现代工业过程的复杂结构,变量间普遍存在紧密耦合,故障往往在变量间广泛传播,为过程运维带来挑战.针对该问题,工业根因诊断(industrial root cause diagnosis,IRCD)技术应运而生,其从异常变量中确定故障根因,便于针对性故障处理.IRCD包含两个主要步骤:结构推断和根因识别.前者建立变量间的信息传递结构;后者根据传递结构定位根因.然而,现有IRCD综述多侧重于结构推断,未对根因识别步骤进行调研,且未建立起各类IRCD模型与过程特性间的系统关联.为此,从结构推断和根因识别两个层级展开IRCD的研究综述.首先,依据推断准则的异同,归纳4类经典结构推断模型;其次,考虑到过程的高维度、非线性、非平稳性质以及机理知识的效用,对结构推断模型的变种及适用场景进行梳理;随后,对根因识别方法进行归类,包括纯数据驱动、知识与数据融合驱动的范式,涵盖6类典型方法,并分析它们的优势与不足;最后,讨论IRCD技术中存在的挑战,并给出未来研究方向,为后续研究提供参考.

    • 产品溯源研究综述及前景展望

      2023, 38(8):2158-2167. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0393

      摘要 (517) HTML (2719) PDF 709.78 K (875) 评论 (0) 收藏

      摘要:产品溯源体系建设是完善经济全球化治理架构的重要方面,对保证产品的质量和安全、保护消费者权益、促进社会发展具有重要的意义.从现有的产品溯源框架、方法和系统平台3方面对产品溯源相关研究成果进行综述.首先,从溯源信息存储、溯源深度提升、溯源模块化设计和溯源监管4个角度,对产品溯源框架进行介绍;其次,将现有产品溯源方法分为产品标识溯源方法和区块链溯源方法两个类别,并分别对各个类别的溯源方法进行详述和分析;进而,围绕在食品畜牧、供应链、数字凭证和知识产权4个应用方向,对现有的产品溯源系统平台进行介绍;最后,基于对产品溯源研究工作的综述和分析,从异构多源溯源数据管理架构、成员共享激励与可信协作机制、溯源数据安全保障、溯源实时性保障、溯源过程有效监管5个方面,对当前产品溯源面临的挑战和未来的发展前景进行分析和展望.

    • 基于多智能体的数字孪生及其在工业中应用的综述

      2023, 38(8):2168-2182. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0399

      摘要 (1128) HTML (3532) PDF 1002.74 K (1088) 评论 (0) 收藏

      摘要:数字孪生是一种将物理实体数字化的技术,通过建立虚拟的数字孪生模型模拟实际的物理过程,以便进行模拟仿真、数据分析和优化设计等操作.鉴于此,分析数字孪生技术在复杂工业生产中的发展历程和研究现状,并重点讨论其概念、国家相关重点研究的政策,以及数字孪生使能技术在各行业的应用.主要途径是分析和综述基于多智能体的数字孪生、基于数字孪生的设计、制造和运维、数字孪生的集成在智能制造中的应用相关的研究成果.此外,提出高炉连续生产数字孪生方案和大飞机多智能体离散制造方案,高炉模型包括成分场大模型和增量学习小模型,该模型可以为数字孪生在复杂流程工业中的应用提供带有增量补偿的机理与计算机视觉相结合的解决方案.在复杂工业制造中,数字孪生和多智能体技术可以提高生产效率和质量,减少能源消耗和废品产生,同时也能够降低复杂度、安全风险和成本.

    • 基于模糊强化学习的空气压缩机群组协调预测控制

      2023, 38(8):2183-2191. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0358

      摘要 (373) HTML (1330) PDF 2.88 M (890) 评论 (0) 收藏

      摘要:空气压缩机在提供动力的同时消耗着大量的电力能源,其节能增效备受关注.空气负荷需求受生产节奏、计划排程等影响呈现阶段性、间歇性的特点,导致空气压缩机组在大范围内变工况运行,人工调节速度慢,机组能耗高.针对此问题,以国内工业园区空气压缩机群组系统为背景,提出一种基于模糊强化学习的空气压缩机群组协调预测控制方法.首先利用工业现场的历史数据和设备运行机理建立基于模糊辨识的空气压缩机群组多工况模型;在此基础上,以最小化生产过程能耗为目标,结合生产工艺条件、设备安全等约束条件,建立基于模糊强化学习的空气压缩机组变负荷协调预测控制方法,保证系统在复杂工况下安全稳定运行;最后,将所提出方法应用于工业园区空气压缩仿真系统进行性能测试,取得较好的控制效果.

    • 面向厚板板形质量监控与异常诊断的大数据可视分析

      2023, 38(8):2192-2202. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0661

      摘要 (331) HTML (1238) PDF 5.09 M (967) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着信息技术和传感技术的发展与应用,工业制造已迈入“大数据”时代,分析工业大数据和提取价值信息已成为大数据研究的重要挑战.板形作为厚板生产的重要质量指标,其控制复杂度高,与生产工艺参数密切相关.由于厚板生产具有多品种小批量特点,且厚板大数据具有规模大、多源异构等特性,现有单一的大数据分析方法难以直接应用.对此,采用工业大数据可视分析方法,以数据可视化为窗口,融合人的感知、分析和推理能力以及数据分析算法,提出“可视$ + $交互$ + $算法”融合模式的厚板板形质量监控与异常诊断方法,并研发厚板生产大数据可视分析系统,解决面向厚板板形质量监控的大数据综合分析与利用问题.实验验证结果表明了所提出方法与系统的有效性.

    • 正则/非正则最优控制方法在最优趋同控制的应用

      2023, 38(8):2203-2210. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0515

      摘要 (226) HTML (912) PDF 594.65 K (793) 评论 (0) 收藏

      摘要:趋同控制已得到广泛研究并取得重要进展,但具有最优指标约束的趋同控制仍然面临挑战.基于此,研究多智能体系统最优趋同控制问题,基于正则/非正则最优控制方法提出新型分布式控制协议,使得半正定加权矩阵性能指标最小化的同时系统能够达到趋同.特别地,所设计的控制协议由两部分组成:一部分是个体状态的反馈,目的是最小化性能指标;另一部分是相邻个体之间相对状态的反馈,目的是保证趋同.

    • 竞争环境下两个B2C服务共享平台的均衡决策

      2023, 38(8):2211-2222. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0293

      摘要 (255) HTML (1072) PDF 771.15 K (854) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对服务共享中某个时段内可能出现供小于需或供大于需的情形(即情形S或情形G),研究竞争环境下两个B2C服务共享平台的最优定价与服务水平决策.首先,构建每种情形下两个平台的Nash博弈模型,并通过求解模型得到均衡结果,包括服务价格、服务水平、实际需求和平台利润.进一步地,分析不同情形下共享产品投放量对均衡结果的影响.研究结果表明:若两个平台总的共享产品投放量小于一个阈值,则情形S下一个平台的最优服务价格与共享服务水平均大于情形G下该平台的最优服务价格与服务水平.若两个平台总的共享产品投放量满足一定条件,则情形S下一个平台的利润大于情形G下该平台的利润.当消费者针对共享产品的平均使用量较大时,情形S下的社会福利大于情形G下的社会福利.

    • 具有未知参数的非线性系统动态优化

      2023, 38(8):2223-2230. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0378

      摘要 (265) HTML (1627) PDF 1.08 M (1004) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对具有未知参数和不等式路径约束的非线性系统动态优化问题,提出一种新颖有效的数值求解方法.首先,将未知参数视为一个动态优化问题的决策变量;其次,利用多重打靶法将无限维的含未知参数动态优化问题转化为有限维的非线性规划问题,进而在不等式路径约束违反的时间段内,用有限多个内点约束替代原不等式路径约束;然后,用内点法求解转化后的非线性规划问题,在路径约束违反的一定容许度下,经过有限多次步数迭代后得到未知参数值的同时得到控制策略,并在理论上对所提出算法的收敛性进行相应证明;最后,对两个经典的含未知参数非线性系统的动态优化问题进行数值仿真以验证所提出算法的有效性.

    • 随机权神经网络增量构造学习方法研究进展

      2023, 38(8):2231-2242. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0429

      摘要 (315) HTML (1521) PDF 647.35 K (888) 评论 (0) 收藏

      摘要:随机权神经网络(random weight neural network,RWNN)在解决数据定性和定量分析方面具有强大的潜力,其最显著的特征是隐含层参数随机生成.这一特征使得RWNN相比于基于梯度下降优化微调节点参数的神经网络具有诸多优势,如结构简单、易于实现和低人工干预等.RWNN的隐含层和输入层之间的参数是在一个固定区间内随机生成,而隐含层和输出层之间的输出权值则通过解析法进行求解.增量构造方法从一个小的初始网络开始,逐渐添加新的隐含层节点以提升模型品质,直到满足预期性能目标.基于此,重点从基础理论、增量构造学习方法和未来开放研究方向等方面切入,全面综述增量RWNN的研究进展.首先介绍RWNN的基本结构、理论和分析;进一步重点介绍RWNN在增量构造学习方法上的各种改进及应用;最后指出RWNN增量构造学习未来开放的研究方向.

    • 网络攻击下的信息物理系统安全性研究综述

      2023, 38(8):2243-2252. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0386

      摘要 (962) HTML (1668) PDF 488.13 K (1080) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着信息物理系统在现代工业和制造业中的广泛应用,其安全性逐渐成为关系社会健康发展的重要因素.由于信息物理系统内部物理设备和通信网络的深度融合,网络攻击对系统安全的威胁日益凸显.首先,从攻击者角度总结各类网络攻击的特点,揭示系统在不同攻击下的脆弱性;其次,针对不同网络攻击的特性,从防御者角度对信息物理系统的安全状态估计、攻击检测和安全控制进行介绍,并阐述各防御策略的主要应用场景和优势;最后,对信息物理系统安全性研究面临的主要挑战进行展望.

    • 光纤激光腔内的传感技术研究进展

      2023, 38(8):2253-2264. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0309

      摘要 (316) HTML (1198) PDF 2.96 M (777) 评论 (0) 收藏

      摘要:光纤激光腔内的传感技术已广泛应用于温度、应变、声波、振动、磁场和电压等物理量的检测,与传统的光纤传感器相比,光纤激光传感器具有抗电磁干扰、窄线宽和高信噪比等优势,其应用前景广阔.在此,综述激光腔内光纤传感技术的研究进展,阐述环形腔和线性腔两种不同的腔内结构,总结基于不同腔内结构光纤激光传感器的工作原理;此外,按照温度、溶液、磁场、应力/应变的分类对光纤激光传感器性能进行介绍,并对未来的应用前景进行展望.

    • 被动式红外成像气体目标智能检测算法及量化研究进展

      2023, 38(8):2265-2282. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0325

      摘要 (474) HTML (2270) PDF 3.87 M (1033) 评论 (0) 收藏

      摘要:在“双碳目标”、安全发展的时代背景下,工业气体泄漏检测因牵涉经济资源、生态环境、生产安全而成为国内外普遍关注的重要问题.气体被动式红外成像因其动态直观、可进行非接触式大范围遥测的特点而被视为检测泄漏的有效工具.在这一技术中,气体目标智能化检测及泄漏量化是两个核心的研究热点问题,且在未来一段相当长的时间内仍会是两项挑战.鉴于此,针对这两方面的研究进行综述.首先,分析基于被动式红外成像气体检测技术的原理,探究影响成像检测结果的关键因素及其作用形式;其次,将气体智能化检测算法按图像识别、视频分类、目标检测、图像分割等不同计算机视觉任务予以分类整理;再次,分别介绍气体量化任务中柱密度、路径浓度、泄漏率三者的测量方法,并重点强调不确定性分析对量化结果的重要性;最后,对气体智能化检测及量化研究中存在的问题提供一些潜在的解决方案,并展望了气体被动式红外成像技术未来的研究方向.

    • 介电弹性体驱动系统建模及控制方法综述

      2023, 38(8):2283-2300. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0388

      摘要 (347) HTML (2220) PDF 1.53 M (977) 评论 (0) 收藏

      摘要:介电弹性体驱动系统是一种基于介电材料的形变特性来驱动机械系统的新型柔性驱动装置,利用介电弹性体驱动与控制机器人成为当前软体机器人领域的研究热点.鉴于此,围绕介电弹性体驱动系统的核心关键问题,即驱动系统的建模与控制方法进行全面回顾与展望.首先,阐述介电弹性体驱动系统的结构与驱动过程,对介电弹性体驱动原理进行详细介绍;然后,针对介电弹性体驱动系统所展现出的复杂非线性特性,从建模与控制两个方面展开综述,详细分析不同建模方法与控制策略的优势与局限性;最后,探讨介电弹性体建模和控制中存在的问题及未来的研究方向.

    • 分布式反馈优化研究现状与发展

      2023, 38(8):2301-2312. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0643

      摘要 (393) HTML (994) PDF 1.29 M (857) 评论 (0) 收藏

      摘要:对于多自主体系统,分布式反馈优化研究各个自主体如何利用自身状态及局部梯度信息的实时反馈值以及自主体之间的实时信息交换使整个多自主体系统的输出趋近于某个总体优化指标的最优值点.在特定情况下,分布式反馈优化可以简化为分布式优化或集中式反馈优化,基于此介绍分布式反馈优化的研究现状与发展.利用文献调查法和归纳推理法,首先介绍分布式反馈优化的研究背景与意义以及相关领域发展现状;然后分析分布式反馈优化的基本难点,从线性系统和非线性系统两方面综述分布式反馈优化的研究现状;最后展望未来发展方向.

    • 面向人体健康防护的光纤生化传感技术

      2023, 38(8):2313-2325. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0385

      摘要 (329) HTML (1294) PDF 3.26 M (766) 评论 (0) 收藏

      摘要:光纤生化传感器因具有不受电磁干扰、绝缘性好、安全防爆、损耗低和耐腐蚀等优点,在人体健康防护领 域表现出了良好的应用价值:及时且有效地监测污染物可为环境污染物的有效控制提供数据支撑,从源头上减少疾病的发生;准确且灵敏地检测疾病标志物可诊断人体疾病的情况,从而使得疾病的预防和早期治疗成为可能.对应用于人体健康防护中的光纤生化传感器进行全方位地概述:首先,介绍其使用的光纤传感原理;然后,总结并分析应用于气体和水质污染物监测的光纤生化传感技术;接着,总结并分析应用于人体呼出气体和生物体液检测的光纤生化传感技术;最后,讨论光纤生化传感器在人体健康防护领域实际应用的一些限制因素以及未来的发展方向.

    • 具有输入饱和的不确定非线性系统自适应渐近跟踪控制

      2023, 38(8):2326-2334. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0318

      摘要 (315) HTML (1251) PDF 912.42 K (869) 评论 (0) 收藏

      摘要:将一类具有输入饱和的严格反馈单输入单输出非线性系统作为研究对象,解决其自适应渐近跟踪控制问题.与已有结果不同,所考虑的虚拟控制参数可以是未知且增益函数的上界信息也是未知的,这给控制器的设计带来了挑战.通过结合光滑函数及有界估计方法,设计一种新颖的自适应渐近跟踪控制策略;其次,通过引入Nassbaum函数解决由输入饱和不确定参数以及未知虚拟控制参数带来的影响;此外,通过利用未知增益的下界信息巧妙地构造一个特殊的李雅普诺夫函数并结合不等式技巧,可以消除对控制增益函数上界信息的需要,并保证系统的全局稳定性和跟踪性能;最后,通过实例仿真及对比仿真表明所提出自适应渐近跟踪控制算法的有效性.

    • 混合攻击下直流微电网的FDI估计与模糊控制联合设计

      2023, 38(8):2335-2345. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0173

      摘要 (656) HTML (1727) PDF 1.11 M (1761) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究基于T-S模糊模型的直流微电网(DC-MG)系统在拒绝服务(DoS)和虚假数据注入(FDI)混合攻击下的协同估计控制框架.考虑网络化T-S模糊模型和并行分布补偿(PDC)模糊控制规则中的非均匀时间尺度,建立DC-MG系统的T-S模型.为了放宽现有的DoS攻击模型通常假定攻击的频率和持续时间均有限的要求,在攻击信号的休眠和活跃期的已知范围内提出一种新的DoS攻击模型.同时,构造一个切换脉冲观测器来估计由外部动态系统产生的未知FDI攻击信号.然后,利用依赖于攻击参数的时变Lyapunov函数方法,导出系统在混合攻击下的指数稳定性判据.此外,基于线性矩阵不等式给出了模糊控制器和FDI攻击观测器的联合设计方法.最后,通过案例研究验证了所提出理论结果的有效性.

    • FDI攻击下有源配电网储能系统安全控制

      2023, 38(8):2346-2354. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0357

      摘要 (346) HTML (993) PDF 1.14 M (883) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对一类二次控制输入受到虚假数据注入(false data injection,FDI)攻击时有源配电网频率恢复和储能系统(energy storage systems,ESSs)荷电状态(state-of-charge,SoC)平衡问题,提出一种基于观测器与动态事件触发机制的安全控制策略,以实现频率恢复和SoC平衡.首先,对FDI攻击下有源配电网频率恢复和ESSs的SoC平衡问题进行建模;其次,在二次控制侧设计状态观测器与攻击估计器,并通过Lyapunov稳定性理论证明观测器与估计器的收敛性;为了降低ESSs间的通信频率,进一步引入动态事件触发机制,并借助辅助观测变量动态估计事件触发期间的相邻系统状态,给出确保系统稳定并避免Zeno行为的参数选定方法;最后,通过Matlab/Simulink仿真,验证所提出控制策略的有效性.

    • 网联车辆有限时间分布式轨迹优化和协同控制

      2023, 38(8):2355-2363. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0369

      摘要 (430) HTML (1250) PDF 2.79 M (1224) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出一种基于分层控制框架的网联车辆有限时间轨迹优化和协同控制方法.首先,在上层,为了最小化车辆间的间距误差,采用有限时间分布式优化算法构造车辆参考模型,产生最优轨迹信号;在下层,设计基于终端滑模的跟踪控制器使得车辆在有限时间内跟踪最优轨迹信号,并克服扰动等不确定因素的影响.然后,通过李雅普诺夫分析,严格验证控制系统的稳定性.最后,通过数值仿真结果表明了所提出方法的有效性.

    • 基于预设时间收敛的分布式优化算法

      2023, 38(8):2364-2374. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0391

      摘要 (396) HTML (1248) PDF 674.96 K (974) 评论 (0) 收藏

      摘要:考虑一类分布式优化问题,其目标是通过局部信息交互,使得局部成本函数之和构成的全局成本函数最小.针对该类问题,通过引入时基发生器(TBG),提出两种基于预设时间收敛的分布式比例积分(PI)优化算法.与现有的基于有限/固定时间收敛的分布式优化算法相比,所提出算法的收敛时间不依赖于系统的初值和参数,且可以任意预先设计.此外,在全局成本函数关于最优值点有限强凸,局部成本函数为可微的凸函数,且具有局部Lipschitz梯度的条件下,通过Lyapunov理论证明了所提算法都能实现预设时间收敛.最后,通过数值仿真验证了所提出算法的有效性.

    • 基于优先经验回放可迁移深度强化学习的高铁调度

      2023, 38(8):2375-2388. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0479

      摘要 (480) HTML (1427) PDF 2.58 M (953) 评论 (0) 收藏

      摘要:高铁行车调度是一个复杂的多阶段序列决策问题,需要考虑列车、线路设备等条件,且决策空间随问题规模的增大呈指数增长.而深度强化学习(DQN)兼备强大的搜索和学习能力,为高铁调度提供了新的解决方案,但存在经验利用效率低、迁移能力差等问题.本文提出一种基于优先经验回放可迁移深度强化学习的高铁调度方法.将包含股道运用计划等约束的高铁调度问题构建为多阶段序列决策过程,为提高算法的迁移能力,提出一种新的支持源域和目标域共享的状态向量和动作空间.为提高经验的利用效率和算法的收敛速度,设计了一种融合优先经验回放的深度Q网络训练方法.以徐兰线小规模案例为源域问题的经验学习实验表明,所提算法的经验利用效率和算法收敛速度优于传统DQN算法,并可适当增大优先级指数和调节权重参数以改善其收敛性能.以京沪线繁忙路段的晚点案例为目标域问题,本文提出的在线决策算法相比于经典的混合整数规划算法,决策时间平均减少约75$%$,且在近77$%$的案例中,总晚点时间的性能损失在15$%$以内.

    • 基于隐性记忆的非平稳时变污水处理过程多目标运行优化

      2023, 38(8):2389-2400. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2022.2112

      摘要 (316) HTML (1173) PDF 1.39 M (949) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对污水处理过程中运行能耗大和水质超标严重等问题,基于隐性记忆策略,提出一种适用于无规律且非平稳时变过程的多目标运行优化方法.首先,采用集成即时学习在线建模算法建立运行指标模型,实现时变工况下运行优化目标的准确描述;然后,提出基于隐性记忆的多目标优化算法,通过充分考虑复杂时变工况,挖掘埋藏在历史优化信息中的结构化知识,引导进化搜索过程,并结合平均距离聚类指标进行均匀随机局部搜索,提高算法收敛性、多样性和分布性;最后,利用基于集成即时学习的智能决策方法,获取操作变量溶解氧浓度和硝态氮浓度的优化设定值并进行跟踪控制.数据实验表明:所提出方法能够实现污水处理过程的稳定运行,在满足操作限制的情况下,提高污染物去除性能,降低运行成本.

    • 竞合关系下共享制造模式选择与决策优化

      2023, 38(8):2401-2414. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0274

      摘要 (350) HTML (1031) PDF 1.30 M (828) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着共享制造的迅速发展,其服务模式逐渐丰富,衍生出共享生产设备和生产线的制造能力共享模式以及共享产品设计和研发能力的创新能力共享模式.共享制造供需双方通常属于同一垂直行业,因此,广泛地存在竞合关系.在竞合关系下如何进行共享制造模式选择与决策优化,进而提高参与主体利润是亟待解决的重要问题.鉴于此,针对竞合关系下共享制造模式选择与决策优化问题,首先,分别在两种共享模式下构建由供给方和需求方组成的博弈模型;然后,通过分析不同模式下供给方和需求方的均衡利润,给出供需双方的最优模式选择策略;最后,通过分析最优模式选择策略,给出在何种情形下共享制造模式是双赢模式.结果表明:最优模式选择主要由市场潜在需求规模和核心零部件占比决定,二者在不同情形下应选择不同的共享制造模式;当且仅当市场潜在需求规模中等且核心零部件占比中等时,共享制造模式是供需双方的双赢模式.研究结论可为竞合关系下共享制造模式选择与决策优化提供有益管理启示.

    • 基于数据驱动的管道云边协同泄漏检测方法

      2023, 38(8):2415-2424. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0344

      摘要 (352) HTML (1234) PDF 1.56 M (851) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着管道运输规模的不断扩大和泄漏检测流程的日趋复杂,管道泄漏检测系统中数据采集、传输和处理等任务难度呈几何级数上升.鉴于此,针对基于数据驱动的管道云边协同泄漏检测方法展开研究,首先针对系统在数据获取方面中压力数据采集量大、数据之间存在冗余的问题,提出一种自适应数据压缩与采集算法;然后依据云边协同调度策略的需求,对云边协同系统中各个环节进行任务细粒度划分,并根据划分后子任务的计算时延和传输时延提出云边协同下管道泄漏检测系统的任务拓扑模型;最后将系统的优化目标定义为在任务执行时间限制下的边缘控制器利用率,进而通过遗传算法求解时间限制下的最优调度策略.仿真分析验证了管道云边协同泄漏检测方法的有效性,所提出方法可以实现管道泄漏事件快速报警.

    • 基于自适应动态规划和梯度下降法的自适应最优输出调节

      2023, 38(8):2425-2432. DOI: 10.13195/j.kzyjc.2023.0335

      摘要 (449) HTML (1398) PDF 491.86 K (978) 评论 (0) 收藏

      摘要:当设计前馈-反馈控制器来实现连续时间线性系统的自适应最优输出调节时,往往需要依赖调节器方程的解,然而在系统动态不确定的前提下,获得这个方程的解一般非常困难.现有的自适应最优输出调节方法从选取调节方程解的基矩阵出发,通过在线数据学习每个基矩阵所对应的权重.但是,当被控对象或外部系统阶数过高时,这种方法的计算复杂度亦非常高.对此,提出一种新的无模型方法来实现闭环系统的自适应最优输出调节,调节器方程的解由梯度下降法逼近.需要指出的是,该方法通过在线数据而不是模型信息来获得梯度.仿真结果验证了所提出方法的有效性.

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