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2013年  第39卷  第11期

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2013, 39(11).
序言
天命唯新:迈向知识自动化——《自动化学报》创刊50周年专刊序
王飞跃
2013, 39(11): 1741-1743. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01741
摘要:
综述与评论
复杂工业过程运行优化与反馈控制
柴天佑
2013, 39(11): 1744-1757. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01744
摘要:
过程控制不仅使被控对象的输出尽可能好地跟踪控制器设定值, 而且要对整个工业装置的运行进行控制, 使反映产品在该装置加工过程中质量、效率与消耗等指标, 即运行指标在目标值范围内, 尽可能提高质量与效率指标, 尽可能降低消耗指标, 即实现工业过程运行优化控制. 本文在综述了已有的运行优化与控制方法的基础上, 重点介绍了复杂工业过程的数据驱动的混合智能运行优化控制和运行控制半实物仿真系统, 并以赤铁矿磨矿过程为应用研究案例, 仿真实验和工业应用结果表明所提方法的有效性, 并指出了复杂工业过程运行优化控制研究需要关注的问题.
大系统控制论与复杂网络——探索与思考
席裕庚
2013, 39(11): 1758-1768. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01758
摘要:
随着通信技术和网络技术的飞速发展, 在社会、经济乃至日常生活领域中, 出现了越来越多的复杂动态网络. 网络科学作为一门新兴的交叉学科, 对复杂动态网络性能特征、演化进程和控制方法的研究已取得了丰富的成果. 大系统控制论以高维动态大系统的行为分析和控制优化为主要研究内容, 应该能为复杂网络的研究提供有益的借鉴. 本文针对复杂动态网络研究的一些热点问题, 探索了用大系统控制理论和方法解决复杂网络结构分析和控制的可能性, 分析了面临的困难和应对的思路. 针对大规模复杂动态网络的控制和优化, 提出了集网络科学的宏观分析方法、控制科学的定量设计方法和信息科学的智能处理方法于一体的多层递阶结构.
网络化预测控制系统的设计,分析与实时实现
刘国平, 孙健, 赵云波
2013, 39(11): 1769-1777. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01769
摘要:
采用预测控制策略, 讨论网络化控制系统的设计, 分析与实时实现. 对网络化控制系统的特点进行详细分析, 表明网络化控制系统与传统的控制系统有很大的不同. 为了达到期望的闭环网络化控制系统的性能, 引入网络化预测控制方案, 并对网络化预测控制系统的设计、稳定性分析和实时实现进行深入研究. 本文采用仿真和实际实验, 展示网络化预测控制方案可以弥补随机网络通信延迟和数据丢失、达到期望的控制性能、并具有良好的闭环系统稳定性.
网络信息模式下分布式系统协调预测控制
郑毅, 李少远
2013, 39(11): 1778-1786. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01778
摘要:
工业系统中广泛存在一类由多个相互关联的子系统组成的大系统. 尽管分布式控制结构的性能没有集中式控制好,但由于其具有较高的灵活性和容错性,相对于集中控制更加适合控制上述系统.在保持容错性的情况下如何提高系统的整体性能是分布式控制的一个难点问题.本文提出了一种分布式预测控制(Distributed model predictive control, DMPC)方法,该方法通过在各子系统预测控制器的性能指标中加入输入变量对其下游子系统的影响的二次函数,来扩大分布式预测控制的协调度,进而在不增加网络连通度,不改变系统容错性的前提下,提高系统的性能.另外,本文给出了基于该协调策略的带输入约束的分布式预测控制器的设计方法,在初始可行的前提下,该方法相继可行并可保证系统渐近稳定.
带噪声多自主体的均方包容控制
刘帅, 谢立华, 张焕水
2013, 39(11): 1787-1795. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01787
摘要:
考虑了带噪声的多自主体系统的包容控制问题. 由于噪声的存在, 我们引入了衰减增益法来抑制噪声. 在动态拓扑和随机切换拓扑下分别研究了包容控制问题, 并给出了保证均方收敛的通讯拓扑条件以及衰减增益条件. 最后给出了数值仿真来验证算法有效性.
多智能体系统的估计、干预及非线性耦合算法
胡江平, 刘志新, 王金环, 王琳, 胡晓明
2013, 39(11): 1796-1804. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01796
摘要:
对多智能体系统的最新研究进展进行了简要评述. 我们主要关注以下三个方面的研究成果: 分布式估计和滤波算法, 基于外部途径的干预算法以及非线性耦合控制算法等.
多自主体量化趋同与有限数据率趋同综述
李韬, 孟扬, 张纪峰
2013, 39(11): 1805-1811. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01805
摘要:
对近年来系统控制学科的一个前沿热点领域——多自主体系统的量化趋同和有限数据率趋同问题进行了回顾和总结. 介绍了该领域产生和发展的背景及意义; 分门别类地回顾了该领域一些代表性成果和研究方法; 并结合多自主体系统和网络化控制的大背景,对该领域未来可能的研究方向进行了展望.
一类新非线性控制方法:基于演算子理论的控制方法综述
温盛军, 毕淑慧, 邓明聪
2013, 39(11): 1812-1819. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01812
摘要:
以基于演算子理论的鲁棒右互质分解 (Operator-based robust right coprime factorization, RRCF) 为基础, 提出了一种较新的非线性鲁棒控制方法.本文将简述此方法的概念、 基本理论及其应用. 具体地说, 本文首先介绍此方法的起源与基本概念; 然后,讨论此方法在系统的鲁棒稳定性、 输出跟踪与故障检测方面的设计等问题;最后,介绍此方法的实际应用从而进一步证明其有效性.
量化非线性控制——综述
姜钟平, 刘腾飞
2013, 39(11): 1820-1830. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01820
摘要:
量化控制系统设计通过将控制与通讯相结合来解决大量运用信息技术的现代工程系统的相关控制问题. 本文首先回顾近年来线性及非线性系统量化控制的结果. 其中, 非线性系统量化控制的发展尚处于初级阶段. 高维、量化、非线性及不确定性的共存导致量化非线性控制问题极具挑战性, 需要全新的思想和技术来解决. 本文重点回顾基于输入状态稳定性(ISS)及其回路小增益定理(Cyclic-small-gain theorem)的量化非线性控制设计方法, 同时列出该领域一些尚未解决的问题.
智能优化控制:概述与展望
辛斌, 陈杰, 彭志红
2013, 39(11): 1831-1848. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01831
摘要:
从模糊优化控制、神经网络优化控制、模糊神经网络优化控制、基于智能优化方法的优化控制等角度, 对国内外与智能优化控制(Intelligent optimized control, IOC)密切相关的研究进行了综述, 在此基础上对智能优化控制的相关概念进行了深入分析, 并对智能优化控制方法进行了分类, 最后, 对与智能优化控制有关的一些重要问题进行了讨论, 并展望了智能优化控制研究未来的发展.
模糊双曲正切模型研究综述
会国涛, 张化光, 汪刚, 解相朋, 吴振宁
2013, 39(11): 1849-1857. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01849
摘要:
模糊双曲正切模型(Fuzzy hyperbolic tangent model, FHM)是一种全局模糊模型也是一种神经网络模型. 根据此模型设计的控制器能够实现系统的性能指标达到最优. FHM与其他模糊模型相比,更加适用于对多变量及系统内部信息所知有限的非线性系统进行建模. 本文依据FHM的模型发展历程对现有的研究成果加以总结, 并对这一研究领域内待解决的问题和未来发展方向作了进一步的展望.
基于数据的自学习优化控制:研究进展与展望
刘德荣, 李宏亮, 王鼎
2013, 39(11): 1858-1870. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01858
摘要:
自适应动态规划(Adaptive dynamic programming, ADP)方法可以解决传统动态规划中的"维数灾"问题, 已经成为控制理论和计算智能领域最新的研究热点. ADP方法采用函数近似结构来估计系统性能指标函数, 然后依据最优性原理来获得近优的控制策略. ADP是一种具有学习和优化能力的智能控制方法, 在求解复杂非线性系统的最优控制问题中具有极大的潜力. 本文对ADP的理论研究、算法实现、相关应用等方面进行了全面的梳理, 涵盖了最新的研究进展, 并对ADP的未来发展趋势进行了分析和展望.
基于分歧的半监督学习
周志华
2013, 39(11): 1871-1878. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01871
摘要:
传统监督学习通常需使用大量有标记的数据样本作为训练例,而在很多现实问题中,人们虽能容易地获得大批数据样本,但为数据 提供标记却需耗费很多人力物力.那么,在仅有少量有标记数据时,可否通过对大量未标记数据进行利用来提升学习性能呢?为此,半监督学习 成为近十多年来机器学习的一大研究热点.基于分歧的半监督学习是该领域的主流范型之一,它通过使用多个学习器来对未标记数据进行利用, 而学习器间的"分歧"对学习成效至关重要.本文将综述简介这方面的一些研究进展.
基于机器视觉的矿物浮选过程监控技术研究进展
桂卫华, 阳春华, 徐德刚, 卢明, 谢永芳
2013, 39(11): 1879-1888. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01879
摘要:
矿物浮选流程长、分布范围广、控制变量多、关键工艺参数无法在线检测,导致实时监控困难, 严重制约了浮选生产的优化运行及选矿自动化水平的提升.浮选泡沫表面视觉特征是浮选工况和工艺指标的直接指示器, 为此将机器视觉应用到矿物浮选过程的监控中, 以提高浮选过程的资源回收率. 本文结合矿物浮选泡沫图像特点,从浮选过程的泡沫图像关键特征提取及表征、关键工艺参数检测、工况识别以及基于机器视觉监控系统的实现等方面综述了浮选过程监控技术的研究成果,并 指出了基于机器视觉的选矿过程监控技术的发展趋势及面临的挑战.
一套完整的基于视觉光流和激光扫描测距的室内无人机导航系统
王飞, 崔金强, 陈本美, 李崇兴
2013, 39(11): 1889-1900. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01889
摘要:
提出了一套室内四旋翼无人机控制, 导航, 定位和地图构建的完整解决方案. 无人机机载系统包括三个主要传感器, 即惯性测量单元, 下视相机和激光扫描测距仪. 经过处理, 融合这些传感器的测量数据, 无人机能够可靠的估计自己的飞行速度和实时位置, 并且沿着室内的墙壁进行无碰撞飞行. 通过收集一个完整飞行实验的数据, 无人机的飞行路径和在室内的环境也可以被很好地估计出来. 这套系统中的自主导功能不需要任何远程传感信息或脱机计算能力. 这套室内导航方案的性能和可靠性已在实际的飞行实验中被验证.
近空间高超声速飞行器控制的几个科学问题研究
孙长银, 穆朝絮, 余瑶
2013, 39(11): 1901-1913. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01901
摘要:
近空间高超声速飞行器的特点给其建模和控制带来了新的问题.本文 首先分析高超声速飞行器的特点,进一步给出 大包络飞行的统一模型.其次,总结了高超声速飞行器巡航控 制、再入姿态控制研究的现状,强调了弹性、非最小相位、再入制导控制一体化设计等问题. 最后,结合高超声速飞行器的发展,阐述了高超声速目标的拦截问题,提供未来可供研究的方向.
仿生机器鱼S形起动的控制与实现
吴正兴, 喻俊志, 苏宗帅, 谭民
2013, 39(11): 1914-1922. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01914
摘要:
给出一种仿生机器鱼S形起动的控制方法.结合北美狗鱼S形起动的形态特征及水动力学知识, 建立了多关节链式结构仿生机器鱼的S形起动模型.整个过程设计为两个阶段: 1)弯曲阶段:以转向速度最大化为目标.在鱼体S形变保证重心稳定平移的前提下, 增大较长转向力臂处的转向力矩,提高转向速度,使鱼体迅速转向目标方向. 2)伸展阶段:以增大前推力为目标.始终保持部分将要伸展的鱼体垂直前进方向,以L形滑动方式打开鱼体. 同时,为保证转向精度,采用模糊控制调节已展开鱼体关节的小角度转动,实时纠正鱼体展开所引起的游动方向偏离. 在S形起动末期,采用变幅值——频率的中枢模式发生器(Central pattern generator, CPG)实现向稳态游动方式的过渡:前期为保证游动方向及获取较大推进力,采用小幅值——高频率的CPG信号, 后期则进入大幅值——低频率的稳态游动.最终,采用四关节仿生机器鱼验证了该方法的有效性, 实现了峰值转速为318.08±9.20°/s、转向误差为1.03±0.48°的较好结果, 对提升水下游动机器人的机动性能具有指导意义.
多相流过程参数检测技术综述
谭超, 董峰
2013, 39(11): 1923-1932. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01923
摘要:
多相流是现代流程工业及其相关科研领域内常见的控制与研究对象, 对其过程参数的检测是工业生产与科学研究中的一个研究热点问题. 本文针对工业过程中的多相流过程参数检测问题,介绍了多相流的特点及其过程参数, 并分类介绍了多相流过程参数检测方法,重点讨论了检测的难点及其未来发展趋势, 为更好地解决复杂工业过程多参数检测问题提供方法基础和借鉴.
闭环系统故障诊断技术综述
周东华, 刘洋, 何潇
2013, 39(11): 1933-1943. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01933
摘要:
本文着眼于闭环环境下动态系统中的故障诊断问题.介绍了目前闭环系统故障诊断的研究意义, 特别关注了开闭环故障诊断的不同,并概述了现有的闭环系统故障诊断方法. 通过仿真实验比较了典型开环系统和闭环系统中故障诊断的不同性能.最后探讨了闭环系统故障诊断研究中 亟待解决的问题以及未来可能的研究方向.
基于概率假设密度滤波方法的多目标跟踪技术综述
杨峰, 王永齐, 梁彦, 潘泉
2013, 39(11): 1944-1956. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01944
摘要:
概率假设密度 (Probability hypothesis density, PHD) 滤波方法在多目标跟踪、交通管制、图像处理以及多传感器管理等领域得到了广泛关注. 本文对基于PHD滤波方法的多目标跟踪技术的产生、发展及研究现状进行了综述, 主要包括PHD滤波器、PHD执行方法、峰值提取及航迹提取技术、多传感器多目标跟踪及多传感器管理、 PHD平滑器以及多目标跟踪性能评价指标等, 并对PHD滤波器的相关应用进行介绍. 最后, 基于现有PHD滤波进展, 提出了PHD滤波技术在多目标跟踪领域需要重点关注的若干问题.
仿真优化:理论与应用综述
王龙飞, 侍乐媛
2013, 39(11): 1957-1968. doi: 10.3724/SP.J.1004.2013.01957
摘要:
对于现实中的复杂系统, 仿真优化是一种非常强大的分析和优化工具. 本文对仿真优化领域的相关理论与方法进行了介绍与回顾. 根据系统中决策变量的性质的不同(连续或者离散变量), 我们对仿真优化问题进行了分类. 而且我们对仿真优化领域中的重要技术进行了详细地讨论, 包括它们的原理、使用方法、优势和劣势以及应用等. 关于仿真优化领域未来的研究方向, 我们也进行了相关论述.