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具有执行器饱和的不确定系统的干扰抑制控制

Journal of Southeast University(English Edition) 2024年第2期40卷 120-128页

作者：苏金亚谢鹏飞李世华东南大学自动化学院南京210096

针对传统的干扰观测器(DO)设计并未考虑实际系统中普遍存在的执行器饱和问题,提出了一种具有抗饱和补偿的基于干扰观测器的控制(DOBC)策略.首先探究传统DOBC在执行器饱和时产生积分饱和现象的原因;然后通过最小化性能指标设计了一种抗... 详细信息

针对传统的干扰观测器(DO)设计并未考虑实际系统中普遍存在的执行器饱和问题,提出了一种具有抗饱和补偿的基于干扰观测器的控制(DOBC)策略.首先探究传统DOBC在执行器饱和时产生积分饱和现象的原因;然后通过最小化性能指标设计了一种抗积分饱和的补偿器,并将其与DO结合,使得修改后的DOBC能够有效处理执行器饱和;最后对所得闭环系统进行局部渐近稳定性分析.比较仿真结果表明,存在执行器饱和时,所提出控制方法具有更小的位置跟踪误差和干扰估计误差,并且设计的补偿器可以保持DO的状态尽可能接近没有执行器饱和时的状态,进而验证了所提出控制方法在抗干扰和抗饱和方面具有优越性.

关键词：抗积分饱和干扰观测器动态补偿器执行器饱和

基于CNN-LSTM-LOF的过程故障预测模型

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北京化工大学学报（自然科学版） 2024年第1期51卷 121-127页

作者：程志磊章国宝黄永明东南大学自动化学院南京210018

在现代工业过程中,故障预测可以及时预测设备的潜在故障,减少事故的发生以及降低经济损失,因此故障预测对于过程系统至关重要。由于过程系统的复杂性以及运行数据集分布不均,使用正常数据集离线预测运行状态的方法没有较好的泛用性,且... 详细信息

在现代工业过程中,故障预测可以及时预测设备的潜在故障,减少事故的发生以及降低经济损失,因此故障预测对于过程系统至关重要。由于过程系统的复杂性以及运行数据集分布不均,使用正常数据集离线预测运行状态的方法没有较好的泛用性,且不太准确。针对以上问题,将卷积神经网络(CNN)与长短期记忆网络(LSTM)相结合,用于提取设备运行数据的特征,在线预测之后的运行状态;随后将预测结果送入在离线状态下训练好的局部异常因子(LOF)模型中,计算预测出时间序列的异常值;最后将异常值与离线状态下训练出的故障阈值进行比较,大于阈值则认为存在潜在故障。将模型用于田纳西-伊斯曼(TE)时间序列进行验证,并与传统的故障预测方法进行比较,实验结果表明:本文所提模型对于多故障以及单故障预测相比传统故障预测方法均具有更好的效果,可以提前1个采样窗口检测到数据异常,有应用于工业故障预测的潜力。

关键词：故障预测田纳西-伊斯曼过程长短期记忆局部异常因子算法卷积神经网络

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基于双向条纹投影的复杂纹理物体三维测量

光学学报 2024年第9期44卷 101-112页

作者：张巍陈玉翀姚鹏程盖绍彦达飞鹏东南大学自动化学院东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室

针对结构光系统中复杂纹理的反射率不连续会引起测量误差这一问题，分析并构建了其误差模型，指出了相位误差与相位梯度及灰度梯度之间的相关性，并由此提出了一种基于双向条纹投影的高精度复杂纹理物体测量方法。该方法通过投影横、纵... 详细信息

针对结构光系统中复杂纹理的反射率不连续会引起测量误差这一问题，分析并构建了其误差模型，指出了相位误差与相位梯度及灰度梯度之间的相关性，并由此提出了一种基于双向条纹投影的高精度复杂纹理物体测量方法。该方法通过投影横、纵光栅获取双向相位信息，并利用提出的映射方法将横向相位映射至纵向，与原纵向相位进行线性运算从而得到平均相位。然后，计算提取的物体纹理边缘切线和校正后相位梯度的夹角，采用相应的误差补偿算法对平均相位进行补偿，最终重建得到校正后点云。对比实验的结果表明，在同等测量效率下，所提方法能够以更高的精度重建复杂纹理物体，相较传统方法，其平均绝对误差和均方根误差最高可降低45.4%和50.1%。

关键词：测量三维测量相移技术双向条纹复杂纹理误差校正

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基于核相关滤波器的强噪声焊缝跟踪

激光技术 2024年

作者：巩书青章国宝朱宏伟东南大学自动化学院

在基于结构光视觉的焊缝跟踪中，焊接过程中产生的电弧和飞溅等强噪声会大幅降低焊缝的能见度，导致跟踪失败。为此，本文提出了一种基于改进核相关滤波器（KCF）的焊缝跟踪算法以更好地适应强噪声的环境。该算法首先要获取焊缝的初始... 详细信息

在基于结构光视觉的焊缝跟踪中，焊接过程中产生的电弧和飞溅等强噪声会大幅降低焊缝的能见度，导致跟踪失败。为此，本文提出了一种基于改进核相关滤波器（KCF）的焊缝跟踪算法以更好地适应强噪声的环境。该算法首先要获取焊缝的初始特征点，基于焊缝激光条纹的灰度分布特征，通过Steger算法提取焊缝激光条纹的中心线。接着，对中心线进行滤波并求导来获取焊缝的初始特征点。最后，将焊缝的初始特征点作为初始输入，应用改进的核相关滤波器对焊缝特征点进行学习与跟踪。实验证明，在强噪声干扰的情况下，该算法的平均误差为0.305mm，最大跟踪误差为0.479mm，取得了良好的跟踪效果并有效避免了跟踪漂移，为高精度焊缝跟踪提供了有益参考。

关键词：图像处理焊缝跟踪核相关滤波器强噪声结构光视觉跟踪漂移

抗干扰的多智能体系统固定时间分布式优化算法

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控制与决策 2024年第2期39卷 527-535页

作者：耿超武永宝孙佳刘剑薛磊东南大学苏州联合研究生院江苏苏州215123 东南大学自动化学院南京210096

针对一阶多智能体系统提出一种抗干扰的分布式控制算法,在固定时间内解决具有状态约束和外部扰动存在情况下的多智能体系统凸优化问题.该算法分为两部分:第1部分使得每个智能体在任意初始条件下都能在固定时间内收敛到一致;第2部分在满... 详细信息

针对一阶多智能体系统提出一种抗干扰的分布式控制算法,在固定时间内解决具有状态约束和外部扰动存在情况下的多智能体系统凸优化问题.该算法分为两部分:第1部分使得每个智能体在任意初始条件下都能在固定时间内收敛到一致;第2部分在满足状态约束条件的同时,使所有局部目标函数的总和在固定时间内取得最小值.该算法能够在外部有界扰动存在的情况下抑制干扰信号,获得最优解,且收敛时间不受初始状态和外部扰动的影响,可以根据任务需求离线地预分配任务建立时间.利用凸优化和固定时间李雅普诺夫稳定性理论证明算法在有界扰动存在时的固定时间收敛性,最后通过智能电网中经济调度问题的实例验证算法的有效性和优越性.

关键词：固定时间收敛分布式控制多智能体系统抗干扰状态约束凸优化

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基于卷积神经网络的路面裂缝分割设计与研究

应用光学 2024年第2期45卷 373-384页

作者：刘艳宁章国宝东南大学自动化学院南京210000

裂缝是路面病害最主要的类型,准确的裂缝分割是国家进行公路预防养护管理的重要决策依据。针对背景复杂下现有模型路面裂缝分割准确度有待提高的问题,提出一种基于卷积神经网络的端到端裂缝分割模型,使用分层结构的ConvNeXt编码器提取... 详细信息

裂缝是路面病害最主要的类型,准确的裂缝分割是国家进行公路预防养护管理的重要决策依据。针对背景复杂下现有模型路面裂缝分割准确度有待提高的问题,提出一种基于卷积神经网络的端到端裂缝分割模型,使用分层结构的ConvNeXt编码器提取多尺度特征,特征的最高层使用金字塔池化模块进一步获取全局先验特征,通过具有横向连接和自上而下的金字塔结构进行特征融合。针对裂缝和背景不平衡问题,使用平衡交叉熵损失函数提高模型的检测性能。此外,构建了一个包含2 876张裂缝图片的数据集UCrack,覆盖多种裂缝类型和广泛的背景范围,以提供丰富的特征供模型学习。实验表明,在UCrack测试数据集上模型的召回率和F1得分比其他表现最佳的模型提高了2.68%和6.89%;在CrackDataset数据集上的测试取得了85.68%的召回率和80.11%的F1得分,说明模型具有较好的泛化性能,可应对背景复杂的路面裂缝分割。

关键词：裂缝分割卷积神经网络编解码网络特征金字塔金字塔池化

DoS攻击下的幂次趋近律滑模控制系统稳定性分析

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控制与决策 2024年第6期39卷 1986-1994页

作者：都海波李申申陈维乐朱文武合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009 东南大学自动化学院南京210018

研究拒绝服务(denial-of-service,DoS)攻击下的n阶受扰系统基于幂次趋近律的滑模控制.首先,通过构造状态预测器重建攻击活跃期间丢失的系统状态,基于预测器状态和非光滑函数,设计能量受限型DoS攻击情况下的幂次趋近律滑模控制器,进一步... 详细信息

研究拒绝服务(denial-of-service,DoS)攻击下的n阶受扰系统基于幂次趋近律的滑模控制.首先,通过构造状态预测器重建攻击活跃期间丢失的系统状态,基于预测器状态和非光滑函数,设计能量受限型DoS攻击情况下的幂次趋近律滑模控制器,进一步分析保持系统稳定性的充分条件;其次,当系统存在外部干扰情况下,证明幂次趋近律滑模控制方法仍能保持非光滑控制器的强抗干扰能力;最后,通过数值仿真对所提出的理论证明结果进行验证.

关键词：拒绝服务攻击滑模控制状态预测器幂次趋近律

随机干扰下拓扑时变Kuramoto网络事件触发固定时间同步

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控制理论与应用 2024年第1期41卷 1-10页

作者：孙佳贾玉斌武永宝董璐刘剑东南大学自动化学院江苏南京210096 东南大学网络空间安全学院江苏南京210096

本文针对一类网络拓扑时变且耦合通道存在随机干扰的Kuramoto型振子网络的同步问题,设计了事件触发机制下的固定时间控制算法.针对耦合网络的拓扑在切换中保持连通的假设,给出了一种具有多层结构的事件触发分布式控制策略,并能够抵消随... 详细信息

本文针对一类网络拓扑时变且耦合通道存在随机干扰的Kuramoto型振子网络的同步问题,设计了事件触发机制下的固定时间控制算法.针对耦合网络的拓扑在切换中保持连通的假设,给出了一种具有多层结构的事件触发分布式控制策略,并能够抵消随机干扰对同步性能带来的负面影响.利用随机Lyapunov稳定理论和固定时间稳定性理论给出了达到实际固定时间相位同步的控制参数条件和同步调节时间的上界.另外,证明了所使用的事件触发机制在引入双曲正切函数之后不会产生Zeno现象,并给出了触发间隔的下界.同时,在推论中给出了本文提出的控制方法也可以应对振子耦合拓扑图不连通情况的结论.最后,通过两组具有不同噪声强度的仿真实验验证了理论分析结果.

关键词： Kuramoto模型网络控制系统随机干扰固定时间同步事件触发控制切换网络

测量噪声下的高超声速飞行器组合观测鲁棒控制

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宇航学报 2024年第2期45卷 203-211页

作者：张睿李世华魏振岩许斌东南大学自动化学院南京210096 西北工业大学自动化学院西安710129 北京机电工程研究所北京100074

针对高超声速飞行器大包络飞行时,风场等外部干扰和测量噪声导致控制系统性能变差甚至失稳的问题,提出了一种基于状态观测的高超声速飞行器鲁棒控制策略。考虑噪声和外部干扰影响下系统状态受扰的问题,设计了扩张状态观测器(ESO)和自适... 详细信息

针对高超声速飞行器大包络飞行时,风场等外部干扰和测量噪声导致控制系统性能变差甚至失稳的问题,提出了一种基于状态观测的高超声速飞行器鲁棒控制策略。考虑噪声和外部干扰影响下系统状态受扰的问题,设计了扩张状态观测器(ESO)和自适应Kalman滤波器(AKF)的特殊组合,在统计特性未知的噪声和外部干扰影响下准确估计系统状态。其中,自适应Kalman滤波器用于滤除噪声,为扩张状态观测器提供不受噪声影响的状态估计,扩张状态观测器连续为自适应Kalman滤波器提供外部干扰估计。基于系统状态估计设计线性高斯二次型控制器,实现高超声速飞行器精确轨迹跟踪。最后,通过仿真验证了该方法在测量噪声及风干扰影响下的鲁棒跟踪能力。

关键词：高超声速飞行器扩张状态观测器自适应Kalman滤波器鲁棒控制测量噪声