信息与控制杂志

信息与控制杂志2019年第4期

• 基于云模型粒子群算法的海岛交直流混合微网鲁棒优化运行

  张涛, 章佳莹, 王凌云, 徐家旭, 王成

  针对海岛交直流混合微网系统区域电能交换方式复杂、系统运行安全稳定性要求高的问题，在综合考虑交直流混合微网系统结构和微源出力特性的基础上，以最大净负荷波动量作为满足最坏运行条件下系统储备容量要求的替代方案，建立以系统综合运行成本最低、净负荷波动量最大为上、下层优化目标的海岛交直流混合微网鲁棒双层优化模型，并分别基于云模型理论改进的粒子群算法和CPLEX求解器对双层优化模型进行求解.仿真结果可知，所提的海岛交直流混合微网鲁棒优化方法可有效提高系统的优化水平，使微网在满足最恶劣环境的安全约束前提下，可获取更好的经济效益.

• 基于连续动态运动基元的移动机器人路径规划

  梅壮, 陈洋, 张思伦, 郑秀娟, 吴怀宇

  针对二维动态场景下的移动机器人路径规划问题，提出了一种新颖的路径规划方法——连续动态运动基元（continuous dynamic movement primitives，CDMPs）.该方法将传统的单一动态运动基元推广到连续动态运动基元，通过对演示运动轨迹的学习，获得各运动基元的权重序列，利用相位变量的更新，实现对未知动态目标的追踪.该方法克服了移动机器人对环境模型的依赖，解决了动态场景下追踪运动目标和躲避动态障碍物的路径规划问题.最后通过一系列仿真实验，验证了算法的可行性.仿真实验结果表明，对于动态场景下移动机器人路径规划问题，CDMPs算法比传统的DMPs方法在连续性能和规划效率上具有更好的表现.

• 基于线特征与内区域特征的视觉伺服解耦控制

  徐德刚, 周雷, 沈添天

  针对多自由度机械臂快速趋近任意四边形态目标的视觉伺服控制难题，提出了结合线特征与内区域特征的机器人视觉伺服解耦控制方法.构建了目标内区域特征以指导相机的平移运动速率，利用目标的线特征给出相机的旋转角速率，并通过引入内区域特征的矢量补偿和质心坐标的位置补偿，实现了平移和旋转控制的部分解耦.最后，对机器人视觉伺服控制系统进行了稳定性分析.仿真验证结果表明所提方法能控制相机以较快而平滑的动作收敛到期望位姿，且在相机光轴与目标平面近似垂直的条件下能较好地克服深度估计造成的不确定性问题.

• 稀疏偏差补偿最小平均对数算法

  王学成, 张佳庚, 马文涛

  针对最小平均对数（LMLS）算法在输入信号受噪声干扰的环境下进行稀疏系统辨识时存在精度低的问题，提出了一种稀疏偏差补偿LMLS算法.利用无偏准则推导偏差补偿项来修正输入噪声带来的偏差，构建偏差补偿LMLS.借助系统稀疏特性的先验知识，采用互相关熵诱导维度作为稀疏惩罚约束条件，优化偏差补偿LMLS算法.仿真结果表明，所提算法对于含噪输入信号下的稀疏系统参数辨识具有高稳态精度.

• 采用信息增益率的混合入侵检测模型设计

  杨红浩, 周治平

  针对现有混合入侵检测模型仅定性选取特征而导致检测精度较低的问题，同时为了充分结合误用检测模型和异常检测模型的优势，提出一种采用信息增益率的混合入侵检测模型.首先，利用信息增益率定量地选择特征子集，最大程度地保留样本信息；其次，采用余弦时变粒子群算法确定支持向量机参数构建误用检测模型，使其更好地平衡粒子在全局和局部的搜索能力，然后，选取灰狼算法确定单类支持向量机参数构建异常检测模型，以此来提高对最优参数的搜索效率和精细程度，综合提高混合入侵检测模型对攻击的检测效果；最后，通过两种数据集进行仿真实验，验证了所提混合入侵检测模型具有较好的检测性能.

• 一种基于雷达图表示的数值型数据的CNN分类方法

  程诚, 任佳

  卷积神经网络（convolutional neural networks，CNN）是一种广泛用于分析视觉图像的分类方法.由于数值数据存在着非线性、耦合性等复杂的空间关系，因此基于CNN的数值型数据的研究较少.本文的目的是找到一种可行的方法，将CNN的应用领域扩展到数值数据.于是提出了一种基于雷达图表示的数值型数据的CNN分类方法（Radar-CNN）.该算法首先将数值数据表示成雷达图形式，然后将其输入CNN中构建分类模型.为了进一步研究特征尺度和序列对性能的影响，提出了两种改进算法Rank Radar-CNN和SFS Radar-CNN.为了验证所提算法的有效性，引入TE化工过程数据集进行实验测试并比较，实验结果表明Radar-CNN及其改进算法具有优异的性能.

• 一种新型约束多目标帝国竞争算法

  操三强, 雷德明

  针对约束多目标优化问题，提出了一种基于约束违背程度和Pareto支配的有效约束处理策略，并设计了一种新型多目标帝国竞争算法（MOICA）.该算法采用一种简化的初始帝国构建过程，在同化过程引入了向外部档案内非劣解学习的机制，并基于帝国势力新定义的帝国竞争新方法以获取问题高质量的解.选用了7个测试问题CF1~CF7进行计算实验并和多种算法进行对比.计算结果表明，MOICA在求解约束多目标优化问题方面具有较强的搜索能力和优势.

• 一种基于全局信息保持的局部线性嵌入算法及应用

  毕略, 孙文心, 熊伟丽

  局部线性嵌入（LLE）作为一种经典的流形学习算法，能够得到高维空间的低维流形，但对近邻样本数选择敏感，缺乏全局结构保持能力.为解决此问题，提出了一种改进的LLE算法.在综合考虑样本间差异和数据全局代表性的基础上，通过引入离散度保持项和全局权重指标，提高了算法在降维重构过程中的信息挖掘能力，并降低了对噪声的敏感度，克服了传统LLE算法只关注局部流形特征而忽略全局结构的缺陷.数值仿真和小麦籽粒蛋白质含量软测量的应用仿真验证了该算法的有效性和优越性.

• 基于多源信息融合的手势智能交互系统

  周菲, 蔡晨晓, 郑标

  利用表面肌电信号（surface ElectroMyoGraphy，sEMG）设计了一个提高分类准确性和快速性的识别系统，用于捕获手势动作并进行人机交互.首先，基于无线肌电测量系统和飞行器自主搭建了智能交互平台；接着，采用滑动时间窗的方法对原始sEMG信号设计短时能量阈值进行信号活动段始末点的确定，从而抑制了动作刚执行时趋势段对识别结果的影响；然后，利用时域统计分析对sEMG信号进行特征分析，并提出了一种融合加速度特征信息和sEMG信号的方法来建立5种手势的分类模型.与仅使用sEMG信息源的方式相比，此方法提高了识别准确率.最后，手势控制飞行器运动的实验证明了本方法的可行性和有效性.

• 基于PSO-ELM模型的潜油柱塞泵冲次优化方法

  于德亮, 刘冬, 孙浩, 魏群, 王凤山

  为改进油井后期泵效低下、能耗高等缺陷，提出了一种基于PSO-ELM模型的潜油柱塞泵冲次优化方法.采用粒子群（PSO）算法与极限学习机（ELM）相结合的方式来实现动液面软测量建模；根据动液面及潜油柱塞泵工作电流变化，以油井运行经济性最优为目的建立目标函数得到潜油柱塞泵冲次，解决了在油井生产时不能准确调节抽油机冲次问题；最后以目标函数关系建立模糊控制器模型，根据输入参数调整潜油柱塞泵冲次.实验结果表明，建立的软测量模型预测动液面精度高，模糊控制器能够更加合理地调整抽油机冲次，最终达到智能调整冲次大小、提高油井采油率及节能的目的.

• 面向自由飞行目标捕获的四旋翼最优轨迹规划

  张广玉, 何玉庆, 代波, 谷丰, 杨丽英, 韩建达, 刘光军

  自由飞行目标物捕获作为动态任务，在其被执行的过程中，四旋翼不仅要规划出一条时间最优的追踪轨迹，而且还要根据目标物的位置反馈信息实时对轨迹进行重新规划，以实现在最短的时间内追上目标物.针对这一问题，提出了诱导时间最优MPC（model predictive control）算法用于四旋翼的轨迹规划.该算法通过宽松约束条件下时间最优轨迹的引导，利用MPC的滚动优化策略，可以在每个控制周期内用反馈信息实时求解时间最优的追踪轨迹.为了躲避追踪路径中的障碍物，本文还提出了一种用动态线性约束表示障碍物的方法，以提高障碍物约束下轨迹求解的效率.结合诱导时间最优MPC的算法，可以在线实时地求解出具有障碍物避碰能力的时间最优轨迹.仿真结果表明了本文提出算法的有效性，其高效的计算效率也能满足实际系统对算法实时性的要求.

• 考虑面积成本的双目标环形过道布置建模及改进禁忌搜索优化

  贾林, 张则强, 李六柯, 蔡宁

  针对现代建筑结构的形式多样化和面积成本在总成本中的占比越来越大等问题，建立了考虑面积成本的双目标环形过道布置问题的数学模型，并对考虑面积成本下的双目标环形过道布置问题的总成本进行优化.结合问题和模型特点，提出了一种加入动态禁忌长度和变异操作的改进禁忌搜索算法.所提算法随着迭代次数的增加，动态禁忌长度不断变化，从而缩小了搜索空间，提高了解的集中性，并融合了变异操作使其跳出局部最优，扩大了算法搜索范围.通过对不同规模实例的测试验证了算法的可行性.通过将所提算法与基本禁忌搜索算法进行对比，结果表明了改进算法的有效性和优越性.

• 基于PSoC和DP-PSO-SVM的便携式假肢控制系统

  张杨, 隋修武, 万凯新

  针对三自由度假肢阈值控制方式存在不直观、灵活性差的缺陷，控制效果较好的模式识别控制器存在便携性差、实用性差等问题，提出一种基于PSoC在线模式识别的肌电假肢控制系统设计方案.采用低功耗芯片PSoC作为主控制器，设计了一套便携式四通道sEMG（表面肌电信号）采集系统，采用双群粒子群优化算法改进的支持向量机（DP-PSO-SVM）构建分类识别器，并通过假肢驱动器实现假肢在线模式控制.实验结果表明：采用DP-PSO-SVM算法比采用标准粒子群SVM（PSO-SVM）算法构建的分类器识别精度提高4%，达到96.7%；该控制器对6种动作的在线识别率达到96.3%，且符合实时性要求.

• IT外包进度风险控制的自适应禁忌搜索算法

  毕华玲, 卢福强, 苏佳, 高孟影

  针对委托代理模式下的IT外包项目的进度风险控制问题构建了双层结构的优化模型.设计了自适应禁忌搜索算法对模型进行求解，该算法将多样化搜索机制与禁忌搜索相结合，在算法运行过程中，根据适应值的反馈自动调整禁忌搜索强度与多样化搜索力度；同时，应用贪婪策略构造初始解，循环交替应用两种邻域结构提高算法寻优能力.实验结果表明，进度风险控制显著地降低了IT外包项目的拖期风险，同时使委托方和代理商双方实现收益最大化.将自适应禁忌搜索算法的实验结果分别与遗传算法、模拟退火算法、禁忌搜索算法、自适应遗传算法和自适应模拟退火算法的实验结果进行了比较：在收敛程度和稳定性方面自适应禁忌搜索算法优于其它算法，并且随着问题规模的增加，该算法的优势更为明显.

• 纸浆间歇蒸煮过程的分数阶建模及内模控制

  单文娟, 汤伟, 王孟效

  纸浆间歇蒸煮是在高温高压密封的蒸煮锅中进行，是一个复杂的黑箱过程.针对间歇蒸煮过程的非线性和系统参数不确定性问题，在机理建模的基础上，通过函数拟合及数值逼近对模型的非线性部分进行数学近似，建立了间歇蒸煮过程的分数阶模型.针对分数阶系统，采用内模控制原理设计分数阶PID控制器，以简化分数阶控制器的可调参数，并基于最大灵敏度及稳定裕度整定控制器参数，使系统在保证期望的动态性能条件下，获得较好的鲁棒性.仿真结果表明，间歇蒸煮过程的分数阶内模控制在超调、响应速度和鲁棒性方面优于整数阶控制.