控制与信息技术 /oa 双层结构模型预测控制稳态优化层 QP 与 LP 求解模态分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020001 为解决双层结构预测控制在工程应用中存在的通用化需求及参数配置问题,针对稳态优化层研究两阶段求解策略的标准化过程,形成一系列线性规划(LP)和二次规划(QP)问题;提出目标函数含绝对值及数值截断误差问题的解决策略;针对所形成的 LP 及 QP 问题,从几何关系及代数关系两方面分析了解其特性,并分析了模型失配对 LP 及 QP 解的影响。仿真验证结果表明,随着决策变量权重系数变化,QP 比 LP 的解具有更好的连续性, QP 的权重系数能更精确调节决策变量的偏向性;可行域边界的变化导致 LP 的解一定发生变化,而一直在约束空间内部的 QP 解则不随时间变化。 2020年04月05 00:00 2020年02期 1 781273 王洪瑞 <sup>1, 2, 3, 4</sup>,张 鑫 <sup>1, 2, 3</sup>,刘博文 <sup>1, 2, 3, 4</sup>,蔺 娜 <sup>5</sup> ,邹 涛 <sup>6</sup> 二阶线性自抗扰控制系统的内部稳定性 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020002 总扰动与稳定性的关系是自抗扰控制研究的重要课题之一。针对二阶线性定常对象且外扰为加性这一简单而典型的情况,文章研究了二阶线性自抗扰控制的稳定性。选用内部稳定性作为稳定性的定义,并在时域找到了使线性自抗扰系统内部稳定的一个充要条件。该条件与对象的不确定参数有关,与外扰无关,也不需要内扰有界,因此以往研究中常用的“总扰动有界”这一假设可以被取消。 2020年04月05 00:00 2020年02期 8 405784 金辉宇,朱子毅, 兰维瑶 一类离散时延多智能体系统的安全一致性研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020003 文章针对存在恶意智能体的一类离散多智能体系统,研究了其在时延影响下的安全一致性问题:以距离期望值一个标准差为约束条件,设计了一类容忍性强的安全一致性算法;仅利用包含自身信息在内的邻居时延信息序列,通过算法选取有效个最优信息作为控制输入,使系统在一定条件下实现安全一致。仿真实验结果表明,采用该算法,不仅增强了系统对恶意智能体的抵抗能力,同时还降低了系统中正常智能体的拓扑连通性要求。 2020年04月05 00:00 2020年02期 12 514413 高炎秋 <sup>1,2</sup>,纪良浩 <sup>1,2</sup>,高 婷<sup> 1,2</sup>,于南翔<sup> 3</sup> 基于感知区域覆盖的自动驾驶传感器布局优化方法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020004 传感器是自动驾驶汽车感知环境的重要组成部分。为了提高传感器感知数据质量,文章提出了一种传感器布局优化方法,其以加权信息覆盖面积为优化模型的目标函数,以传感器的安装位置和安装角度为决策变量 , 构建了传感器布局优化数学模型;模型中引入计算几何理论和 DSM 技术,实现了多类型传感器感知区域归一化建模和感知对象建模,并借助三角形网格的离散化算法实现了感知区域判定。最后设计了一种粒子群优化算法对模型进行求解,仿真实验结果证明了该模型的正确性和优化方法的有效性。 2020年04月05 00:00 2020年02期 18 797673 安 &nbsp;泰,刁望成 智轨电车横向运动预测控制研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020005 文章通过分析智轨电车的横向运动特性,将每节车的横摆角速度、横向加速度以及受力联系起来,建立 3 节车辆之间的运动学和动力学关系;提出一种能够反映智轨电车横向动力学特性的 4 自由度线性单轨模型;并将所建立的模型与 Trucksim 中的高精度非线性模型进行对比,验证了所建立模型的有效性及准确性;采用模型预测控制方法进行智轨电车轨迹跟踪控制研究,根据列车行驶过程中的优化目标,确定其评价函数,将多步预测控制问题转化为线性二次型(QP)问题进行求解。仿真结果表明,应用该算法的智轨电车能够达到很好的轨迹跟踪效果。 2020年04月05 00:00 2020年02期 25 569874 严永俊<sup> 1</sup> ,王金湘<sup> 1</sup> ,胡云卿 <sup>2 </sup>,袁希文 <sup>2</sup> ,吴梦阳 <sup>1 </sup>,黄瑞鹏 <sup>2</sup> ,王 斌 <sup>2</sup> 重载货运列车自动驾驶控制技术研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020006 传统的重载铁路货物运输主要采用人工控车为主,司机控车难度大、工作强度高。为进一步提升线路运量、节约成本、降低司机工作强度,文章提出了一种融合线路、信号的重载货运列车自动驾驶控制方法,其基于列车多质点动力学模型、阻力模型与空气制动模型,研究了基于实际线路信息、信号信息与列车信息等多约束条件下的目标曲线动态规划与控制技术;采用本文所提方法在西康线铁路进行了货运列车自动驾驶试验,成功完成了包含零速起车、加速控制、减速控制、贯通试验、过分相、停车到零等各个运行场景的全程自动驾驶。试验结果表明,本文所提方法可以有效实现货运列车自动驾驶。 2020年04月05 00:00 2020年02期 31 483262 杜凯冰,张征方,文宇良 基于 CARMA 模型的动力电池荷电状态估计 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020007 为完善电动汽车电池管理系统的主要功能,实现对电池准确建模及荷电状态 (state of charge,SOC) 的准确估计,文章基于二阶 RC 等效电路建立了一种受控自回归滑动平均模型 (controlled auto-regressive moving average,CARMA),推导得到电池开路电压 (open circuit voltage,OCV) 的最优估计,并结合分段建立的电池 OCV SOC 模型实现电池 SOC 估计,从而实现了电池模型参数在线实时辨识以及 SOC 实时估计,解决了因初值设定不合理而影响SOC估计准确度的问题。仿真结果表明:在美国联邦城市运行工况下,SOC估计误差的绝对值不超过2.39%,实现了较为准确的 SOC 估计。 2020年04月05 00:00 2020年02期 36 549904 黄玉莎,陈玉珊,秦琳琳,石 &nbsp;春,吴 &nbsp;刚 基于下垂控制的微电网多逆变器并联运行研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020008 多逆变器并联运行能有效提高微电网系统容量和可再生能源发电能效。文章借鉴同步发电机的运行原理,采用下垂控制进行多逆变器的柔性互联,以实现无互联通信下多逆变器并联运行的功率主动分配,满足逆变器即插即用功能要求。文章介绍了电压电流双环控制器的设计方法,并分析了其控制参数和阶跃响应之间的关系;针对低压微电网阻性特点,设计了虚拟阻抗环节,以满足下垂控制感性要求,并增强并联逆变器功率均分效果;运用特征值法分析了关键参数对系统稳定性的影响,并进行了相关数值仿真验证。最后搭建物理实验平台,实验结果验证了所提控制的有效性。 2020年04月05 00:00 2020年02期 41 951554 高首聪 <sup>1</sup> ,顾后生 <sup>2</sup> 基于超级电容器与有源电力滤波器组合的电能质量治理装置及其控制研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020009 为了增加微电网中电能质量治理装置的利用率,利用超级电容储能系统与有源电力滤波器在主电路拓扑上的相似性以及功能上的互补性,提出了一种基于超级电容器与有源电力滤波器组合的电能质量治理装置。文章分析了该组合装置的结构特点和组合原理,提出了组合装置双向 DC/DC 模块、DC/AC 模块的控制策略,给出了组合装置在功率调节和谐波治理两种工作模式下的切换逻辑。仿真结果表明,该组合装置能够根据需要分别表现为功率调节、无功补偿与谐波治理功能,验证了组合装置的合理性和有效性。 2020年04月05 00:00 2020年02期 49 662064 龙礼兰,安友彬,张 敏,吴明水 基于最优控制策略的逆变器散热结构优化 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020010 为了提高电动汽车用永磁同步电机逆变器 IGBT 模块的可靠性,文章从热损耗和散热两方面对逆变器可靠性进行研究。首先通过对比分析永磁同步电机在同一工况下d轴电枢电流为零(id=0)和最大转矩电流比(MTPA)两种控制方式下逆变器中 IGBT 模块的损耗,发现 MTPA 控制策略优于 id=0 控制策略;接着,基于 MTPA 控制策略,设计了一种热管和风冷相结合的散热结构,相较原风冷散热结构,采用新型散热方式可使芯片最高工作温度降低 8.49 ℃;最后,采用最优拉丁超立方抽样构建响应面代理模型(RSM),并采用多岛遗传算法 (MIGA) 对代理模型进行优化处理。经仿真验证,优化处理后的“热管 + 风冷”散热结构使得芯片最高温度又降低了 15.12 ℃,有效提升了 IGBT 模块的热可靠性。 2020年04月05 00:00 2020年02期 55 607959 代晓鹏,雷 飞,张天昊 智轨电车全轴导向系统的位置伺服控制方法研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020011 针对智轨电车全轴转向冗余控制需求,文章提出一种基于油缸位置的闭环控制策略。首先建立了车桥转向机构的运动学数学模型,通过 Newton-Raphson 方法求得其运动学正解,并通过 Matlab 建模及 ADAMS 仿真验证了所建模型的正确性;通过采集方向盘控制的驾驶轴油缸位移信息来获取驾驶轴的转向角度,以此作为整车转向控制算法的输入,从而计算得出其他转向轴的目标转向角度,并通过数字 PID 完成闭环控制。多轴转向系统 PID 闭环控制试验及整车测试结果验证了该控制方法的有效性。 2020年04月05 00:00 2020年02期 60 559908 黄 松,刘小聪,彭 京,肖 &nbsp;磊,粟爱军,李晓光 一种用于电力电子拓扑仿真的 FPGA 建模方法 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020012 针对电力电子系统开关器件较多、数学分析较复杂且其 FPGA 建模开发周期长等问题,文章提出了一种用于电力电子拓扑仿真的 FPGA 快速建模方法。其首先对电力电子的开关器件进行等效以简化数学模型,省略了复杂的数学分析;然后,运用 Matlab 自带的 power-analyze 函数求得电力电子拓扑的系统矩阵;最后,根据所得的系统矩阵快速简便地建立系统的FPGA模型,将FPGA的开发周期缩短了1/4左右。通过与SimPowerSystem模型对比,仿真结果验证了所提方法的有效性。 2020年04月05 00:00 2020年02期 65 528396 刘 丽,徐立恩,陈柳松 基于 HSV 颜色空间的运动目标识别 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020013 感兴趣区域(region of interest, ROI)图像的提取在运动目标的检测与跟踪等领域有着广泛的应用; HSV(hue saturation value)是根据颜色的直观特性创建的一种颜色空间,用于对颜色进行定量描述。文章将 HSV 颜色空间用于图像中颜色信息的计算,识别颜色特征。针对 RoboMaster 全国大学生机器人大赛中云台实时识别和捕捉敌方移动机器人装甲这一基本任务,提出一种基于色彩特征的目标识别算法。首先对图像进行阈值分割,计算二值图像轮廓的形状描述参数,寻找图像中所有的高亮条形物体;再用 HSV 颜色空间根据 ROI 颜色判断 ROI 中物体是否为目标灯柱。在此之前,需要统计符合要求的目标灯柱像素的 HSV 参数及 RGB 参数的大致范围,再结合 HSV 中典型颜色对应参数范围表,确定算法所采用的参数范围。最终识别目标的判定准则是,在初步筛选所得感兴趣区域中,HSV 及 RGB 参数处于经分析所得参数范围内的像素点占整个区域的比例大于某一设定阈值。经测试,该方法对于像素为 640×480 的一组图片,平均处理速度可达到 102.33 帧 /s,平均识别率约为 97.4%。在 RoboMaster 大赛中,使用该目标识别算法的机器人能实时跟踪移动机器人,验证了该方法的有效性。 2020年04月05 00:00 2020年02期 70 507061 付长斐 <sup>1 </sup>,叶 &nbsp;宾 <sup>1,2</sup>,李会军 <sup>1,2</sup> 基于 OBD 协议的车辆远程监控系统设计 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020014 车辆状态信息的监控有助于及时发现汽车故障,降低汽车维修成本,增强汽车安全性。为了解决市场上车辆诊断设备便携性差、操作烦琐、功能单一、费用昂贵及兼容性差等问题,设计了一款应用车载诊断系统(on board diagnostics, OBD)协议的车辆远程监控系统,其集成了硬件电路,搭建了系统服务器架构;设计了网络监测界面,通过 OBD 协议读取车辆电控设备状态信息,结合 GPS 模块获取的车辆位置信息并利用 GPRS/GSM 通信技术将数据发送至网络服务器,在网络监测界面实时显示车辆相关信息并对异常数据进行报警。测试结果表明 , 车辆搭载本系统后,可实现行程记录、车况监测警报等功能,该设备具有一定的实用性、实时性和准确性。 2020年04月05 00:00 2020年02期 75 629968 巫肇彬,张守峰,何为星,周 航,沈启广 ETCS 体系发展技术分析 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020015 欧洲列车运行控制系统(ETCS)体系规范基线 3(3.6.0)版本于 2016 年正式发布,并通过 TEN-T, NGTC 及 Shift2Rail 等项目不断发展完善。近年来,该体系在保持互联互通特点的基础上扩展了道口关联控制等应用场景,通过优化制动模型提升了系统性能,发布了提升自动化等级的规范集,并保持了对既有体系的兼容性。文章对 ETCS 体系规范的更新进行分析,从发展过程、系统架构、功能变化、技术趋势等方面梳理变更要点并总结发展趋势,希望对我国 CTCS 技术体系的发展及 CTCS 和 ETCS 的互联互通提供借鉴。 2020年04月05 00:00 2020年02期 80 529734 耿宏亮,张 超,孙 野,李启翮,柯长博,刘振玉 城市轨道交通信号系统保护区段设置的研究 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020016 在城市轨道交通中,为满足列车快速接近进路终端和精确停车,保障行车安全,信号系统需设置的合理保护区段。文章通过对地铁运营效率和建设成本进行分析,结合具体运营场景,研究制定了设置保护区段的原则,从而解决地铁运营效率、安全和成本之间矛盾。在长沙轨道交通 4 号线上应用结果验证了不同运营场景下此保护区段设置原则的合理性,实现了运营的高效性和组织的灵活性。 2020年04月05 00:00 2020年02期 85 510240 张大涛 微型无人机集群自组织通信网络设计与验证 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020017 文章通过分析无人机集群通信的特点,设计了基于图论的集群自组织信息传递方案;根据无人机集群通信的传输距离、传输速率和可靠性要求,研制了以 Jenic5148-001-M04 通信模块为核心的通信硬件节点,并在 Eclipse Platform 平台下开发了相应的网络节点控制软件。实验测试结果验证了该信息传递方案的合理性和自组织通信网络节点的可用性,为微型无人机集群通信的实现提供了途径。 2020年04月05 00:00 2020年02期 91 431436 肖慧慧 <sup>1 </sup>,贺旖琳 <sup>1</sup> ,胡晓东 <sup>2</sup> ,邓 &nbsp;阳<sup> 3</sup> GSN 安全论证方法在产品安全案例变更管理中的应用 /oa/darticle.aspx?type=view&id=2020020018 在产品安全生命周期中,安全案例不可避免地会受到不断变化的法规要求、额外的安全证据以及设计变更的影响。为了保持对系统安全的准确描述,必须评估安全案例变更对系统原始安全论据的影响。文章采用目标结构表示法 (goal structuring notation, GSN) 构建安全论证变更管理模型,提出一个清晰的安全案例变更管理分析流程用于明确地表示安全目标与安全案例间相互依赖性,从而能够结构化和系统化地推理和处理变更。目前,该方法已应用于轨道交通信号设备的变更管理中,取得了良好的效果。 2020年04月05 00:00 2020年02期 95 552692 徐征捷,王 奇