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基于自适应分布式滤波观测器的多智能体系统编队控制

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控制理论与应用 2024年第4期41卷 729-737页

作者：高焕丽李玮孟伟蔡鹤华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510641 广东工业大学自动化学院广东广州510006

本文考虑了全局指令系统输出信息受到信道扰动情况下线性多智能体系统的编队控制问题.首先,基于协作式输出调节理论框架对线性多智能体系统的编队控制问题进行数学建模.其次,针对受到信道扰动的全局指令系统输出信息,提出了一类基于受... 详细信息

本文考虑了全局指令系统输出信息受到信道扰动情况下线性多智能体系统的编队控制问题.首先,基于协作式输出调节理论框架对线性多智能体系统的编队控制问题进行数学建模.其次,针对受到信道扰动的全局指令系统输出信息,提出了一类基于受扰输出的自适应分布式滤波观测器,在降低网络信息交换量的同时消除扰动的影响.最后,设计了输出反馈确定等价控制律,解决了线性多智能体系统的分布式编队控制问题.给出了数值仿真结果检验控制性能.

关键词：多智能体系统编队控制协作式输出调节分布式滤波观测器

基于冗余关系分析的传感器自诊断设计方法研究

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仪器仪表学报 2024年第3期45卷 72-83页

作者：蒋栋年褚天锐高玉鑫兰州理工大学电气工程与信息工程学院兰州730050 兰州理工大学甘肃省工业过程先进控制重点实验室兰州730050 华南理工大学未来技术学院广州511442

工业过程中传感器数量众多且可靠性要求高,而传统定期检测评估其健康状况的方式不但费时费力且不能满足传感器智能化的发展需求。针对这一问题,提出了一种基于测量数据统计相关性的传感器自诊断设计方法。利用传感器测量数据建立其统计... 详细信息

工业过程中传感器数量众多且可靠性要求高,而传统定期检测评估其健康状况的方式不但费时费力且不能满足传感器智能化的发展需求。针对这一问题,提出了一种基于测量数据统计相关性的传感器自诊断设计方法。利用传感器测量数据建立其统计关系模型,借助自编码器提取传感器数据特征并将其编码为二进制形式。在同时考虑传感器测量数据统计独立和统计相关两种情况下,在有参考值时,通过引入故障检测概率和误检概率建立了独立统计模型实现传感器的故障自诊断;在无参考值情况下,借助高斯Copula函数建立多元统计依赖模型评估参数之间的相关性,并利用贝叶斯理论在不依赖参考值的情况下自学习获取传感器的健康状况。本研究以镍闪速炉系统为例,两种模式下测量系统中健康传感器的故障检测后验概率达到了0.92,即故障统计模型的参数与建模期望相符。实验结果表明,所提方法在两种模式下均能准确识别出测量系统中的故障传感器,验证了所提方法的有效性与可行性。

关键词：传感器自诊断无参考值自编码器

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磁性载镧酸化蛭石吸附除磷性能及其机理

土木与环境工程学报（中英文） 2024年第2期46卷 197-205页

作者：刘叶芳黄雷乐孝楠黄瑞敏华南理工大学环境与能源学院广州510006 华南理工大学工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室广州510006

相对传统除磷吸附剂,镧基材料对磷的亲和力强且对环境友好,因而成为近年来新型除磷吸附剂的研究热点。但在实际应用中,镧基材料存在回收难、镧利用率低等问题。以酸活化后的蛭石为载体,采用溶剂热法引入Fe_(3)O_(4)赋予其磁性,沉淀法负... 详细信息

相对传统除磷吸附剂,镧基材料对磷的亲和力强且对环境友好,因而成为近年来新型除磷吸附剂的研究热点。但在实际应用中,镧基材料存在回收难、镧利用率低等问题。以酸活化后的蛭石为载体,采用溶剂热法引入Fe_(3)O_(4)赋予其磁性,沉淀法负载镧(La),制备一种镧利用率高、可高效除磷及磁分离的磁性载镧酸化蛭石吸附剂(LaFeAVE)。通过吸附实验及多种表征手段对经和未经酸活化的磁性载镧蛭石吸附剂(LaFeAVE和LaFeVE)进行对比分析,以探究二者在结构及除磷性能上的差别。此外,还探究了LaFeAVE的吸附除磷机制。结果表明,酸活化可除去蛭石中大部分Al_(2)O_(3)等杂质,使其比表面积增大,提高了La在蛭石上的负载量,LaFeAVE的除磷能力比未改性蛭石提高了15.97倍。LaFeAVE对磷的吸附符合Langmuir等温模型和准二级动力学方程,35℃下对磷的最大吸附量为40.01 mg/g,是LaFeVE的1.30倍,达到吸附平衡的时间比LaFeVE缩短了一半,在pH值为3.00~8.00的范围内的磷去除率均在93%以上,比LaFeVE的pH适用范围更广。LaFeAVE的再生性强于LaFeVE,重复再生5次后,对磷的吸附量下降20%。静电作用、配位体交换及球内络合反应是LaFeAVE吸附除磷的主要机制。

关键词：酸活化蛭石磁性镧改性吸附除磷

基于生产-能源协同的钢铁企业能源系统双层鲁棒优化

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中国科学：技术科学 2024年第9期54卷 1763-1777页

作者：韩中洋王志远赵珺王伟大连理工大学控制科学与工程学院大连116024 大连理工大学工业装备智能控制与优化教育部重点实验室大连116024

钢铁产品生产与煤气、蒸汽、电力等能源密切相关,因而上述多能流协作及其与生产过程的协同是钢铁企业实现节能降耗的关键.现有文献通常基于能源产消量的预测实现动态闭环优化,然而因生产频繁波动造成的预测不确定性也为后续运行优化工... 详细信息

钢铁产品生产与煤气、蒸汽、电力等能源密切相关,因而上述多能流协作及其与生产过程的协同是钢铁企业实现节能降耗的关键.现有文献通常基于能源产消量的预测实现动态闭环优化,然而因生产频繁波动造成的预测不确定性也为后续运行优化工作带来挑战.本文提出一种基于生产-能源协同的钢铁企业能源系统双层优化方法.该方法首先考虑分时电价建立上层热轧生产计划排产优化模型;进而以运行成本最低为目标、联合热电联产(combined heat and power,CHP)机组等能源耦合设备可行空间等约束,建立下层能源系统运行优化模型;为应对能源产消预测结果的不确定性,本文提出一种改进的弱鲁棒优化方法进行求解,从而最终获得经济最优的能源系统运行方案.本文基于中国某钢铁企业能源系统真实数据进行实验分析,通过分别与不考虑生产协同关系、忽视预测不确定性及不计入CHP机组可行空间等其他求解方法的对比,说明了协同优化对能源系统运行带来的经济性提升和自身鲁棒性优势.

关键词：钢铁企业能源系统协同优化鲁棒优化

可见光–红外特征交互与融合的YOLOv5目标检测算法

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控制理论与应用 2024年第5期41卷 914-922页

作者：解宇敏张浪文余孝源谢巍华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510640 岳阳高澜节能装备制造有限公司湖南岳阳414000 华南师范大学物理与电信工程学院广东广州510006

目标检测是自动驾驶系统的关键技术,普通RGB目标检测算法在夜间和恶劣气候等场景往往表现一般,融合可见光和红外信息的目标检测算法因而受到诸多研究关注.现有方法通常融合结构复杂,且忽视了模态间信息交流的重要性.对此,本文以YOLOv5... 详细信息

目标检测是自动驾驶系统的关键技术,普通RGB目标检测算法在夜间和恶劣气候等场景往往表现一般,融合可见光和红外信息的目标检测算法因而受到诸多研究关注.现有方法通常融合结构复杂,且忽视了模态间信息交流的重要性.对此,本文以YOLOv5为基本框架,提出一种可见光–红外特征交互与融合的目标检测算法,使用一种新的主干网络跨阶段局部(CSPDarknet53-F),采用双分支结构分别提取可见光和红外特征.然后,通过特征交互模块重构各模态的信息成分和比例,提升模态间信息交流,使可见光和红外特征进行更充分的融合.在FLIR-aligned和M3FD数据集上的大量实验证明,本文算法使用的CSPDarknet53-F在协同利用可见光和红外信息方面更加出色,提升了模型精度,同时,拥有对抗光照强度骤变的鲁棒性.

关键词：可见光图像红外图像特征融合交互 YOLOv5

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非完备数据驱动的装备复合故障智能解耦方法

机械工程学报 2024年

作者：李巍华蓝昊陈祝云黄如意人工智能与数字经济广东省试验室(广州) 华南理工大学吴贤铭智能工程学院华南理工大学机械与汽车工程学院

数据驱动的故障诊断方法在海量数据处理、判别特征学习和精确模式识别等方面具有显著优势，既为装备智能运维带来新的机遇，也面临着严峻的挑战：(1)当前数据驱动方法的可靠性与有效性依赖于完备的带标签故障数据。然而工业场景下，装... 详细信息

数据驱动的故障诊断方法在海量数据处理、判别特征学习和精确模式识别等方面具有显著优势，既为装备智能运维带来新的机遇，也面临着严峻的挑战：(1)当前数据驱动方法的可靠性与有效性依赖于完备的带标签故障数据。然而工业场景下，装备监测数据存在标签信息缺失、故障数据欠完备、数据可利用率低等问题。(2)复合故障是装备的典型故障。在缺乏复合故障数据的条件下，复合故障智能诊断的难度急剧增加，且鲜有针对复合故障智能诊断模型可解释性的研究。为应对上述挑战，提出一种非完备数据驱动的装备复合故障智能解耦方法。首先，结合小波核卷积层可从振动信号中提取可解释性特征的优势以及胶囊层在复合故障智能解耦方面的能力，构建小波胶囊网络；在此基础上，以非完备故障数据(仅含正常和单一故障样本,缺乏复合故障样本)为输入，训练所提小波胶囊网络；最后，以某车型汽车五档变速器为研究对象，验证所提方法在复合故障智能解耦方面的有效性和可靠性，并对小波胶囊网络模型所提取的特征展开可解释性分析，从而提高模型诊断结果的可信度。试验结果表明，所提方法取得了较高的诊断精度，其习得的特征具有一定的可解释性，可为非完备数据下装备的复合故障诊断提供新的途径。

关键词：复合故障故障诊断非完备数据小波核卷积胶囊网络可解释性分析

面向动力学未知的高超声速飞行器过载跟踪鲁棒控制

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中国科学:信息科学 2024年第10期54卷 2281-2294页

作者：郭雨岩刘源华南理工大学自动化科学与工程学院西北工业大学自动化学院

针对高超声速飞行器过载跟踪问题,分析并给出了由过载和俯仰角速度组成的非线性系统动力学,设计了有限时间预设性能控制策略以保证过载跟踪性能和精度.考虑过载系统动力学中模型的不确定性,利用神经网络估计系统未知非线性函数.为改善... 详细信息

针对高超声速飞行器过载跟踪问题,分析并给出了由过载和俯仰角速度组成的非线性系统动力学,设计了有限时间预设性能控制策略以保证过载跟踪性能和精度.考虑过载系统动力学中模型的不确定性,利用神经网络估计系统未知非线性函数.为改善神经网络学习性能,采用平行估计模型构造表征学习性能的预测误差,基于预测误差与跟踪误差设计了复合学习权重更新律,通过李雅普诺夫(Lyapunov)函数分析证明了闭环系统学习与跟踪误差的有限时间稳定性.仿真结果表明,所设计的控制策略能够实现对动力学未知函数的在线估计与过载指令的准确跟踪.

关键词：高超声速飞行器过载跟踪控制有限时间控制复合学习预设性能控制

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切换拓扑下二阶多智能体混合事件触发固定时间一致性

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控制与决策 2024年

作者：王加朋杨家宁罗家祥河南理工大学电气工程与自动化学院河南省智能装备直驱技术与控制国际联合实验室华南理工大学自动化科学与工程学院

对任意切换拓扑下含未知干扰的二阶多智能体系统,基于反步法提出了一种新的混合事件触发固定时间一致性控制方法.首先,提出一种结合动态事件触发条件和静态事件触发条件的新型混合事件触发机制,该机制在系统瞬态响应阶段,基于辅助变量... 详细信息

对任意切换拓扑下含未知干扰的二阶多智能体系统,基于反步法提出了一种新的混合事件触发固定时间一致性控制方法.首先,提出一种结合动态事件触发条件和静态事件触发条件的新型混合事件触发机制,该机制在系统瞬态响应阶段,基于辅助变量的幂次项设计新的动态事件触发条件,可以根据智能体的测量误差和速度误差的变化而自适应地动态调整触发阈值,从而自组织地减少了事件触发次数;在系统稳态响应阶段,采用静态事件触发条件,基于适当固定阈值能够减少该阶段不必要的触发次数,有效克服动态变量稳定后触发阈值太小的问题.其次,根据多共同Lyapunov函数分两阶段证明了所提方法和给出的一致性充分条件能够保证二阶多智能体系统在任意切换拓扑下实现实际固定时间一致性.然后,通过设计含双曲正切函数的测量误差的可导性证明了系统排除Zeno行为.最后数字仿真结果验证了所提控制方法的有效性和优越性.

关键词：二阶多智能体固定时间混合事件触发切换拓扑反步法

受控扩散凝固工艺凝固机理与调控机制研究进展

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特种铸造及有色合金 2024年第9期44卷 1187-1192页

作者：林铭贤莫丽玲杜军华南理工大学材料科学与工程学院广州510640

利用铸造工艺成形液固区间较大的合金体系,有效细化初生组织并抑制热裂甚为关键。不同于传统的凝固,受控扩散凝固(Controlled Diffusion Solidification,CDS)能有效解决铝合金铸件近净成形过程中的热裂问题,并简化工艺流程,为其工业化... 详细信息

利用铸造工艺成形液固区间较大的合金体系,有效细化初生组织并抑制热裂甚为关键。不同于传统的凝固,受控扩散凝固(Controlled Diffusion Solidification,CDS)能有效解决铝合金铸件近净成形过程中的热裂问题,并简化工艺流程,为其工业化应用提供可能。综述了CDS工艺过程机理的研究进展,总结了关键性过程(如混合、温度场和溶质场的重新分布,3种类型的形核等),并归纳了工艺参数(如前驱合金温度、初始质量比和混合速率等)对CDS组织非枝晶转化率的影响,最后总结了CDS凝固机理和调控机制现存问题,并对CDS工艺的未来发展方向进行了展望。

关键词：受控扩散凝固凝固过程控制近净成形非枝晶演化

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