信息与控制杂志

信息与控制杂志2021年第1期

• 基于事件的视觉传感器及其应用综述

  孔德磊, 方正

  基于事件的相机是一种生物启发的新型视觉传感器，可实时高效地捕捉场景的变化.与基于帧的传统相机不同，事件相机仅报告触发的像素级亮度变化（称为事件），并以微秒级分辨率输出异步事件流.该类视觉传感器已经逐渐成为图像处理、计算机视觉、机器人感知与状态估计、神经形态学等领域的研究热点.首先，本文阐述了事件相机的基本原理、发展历程、优势与挑战；然后，介绍了3种典型事件相机（包括DVS（dynamic vision sensor）、ATIS（asynchronous time based image sensor）和DAVIS（dynamic and active pixel vision sensor））以及多种新型事件相机；接下来，重点回顾了事件相机在特征提取、深度估计、光流估计、强度图像估计与三维重建、目标识别与跟踪、自主定位与位姿估计、视觉里程计与SLAM、多传感器融合等方面的应用研究；最后，归纳了事件相机的研究进展，并探讨了未来的发展趋势.

• 复杂工业系统故障诊断与安全控制方法

  罗浩, 霍明夷, 尹珅, KAYNAKOkyay

  随着信息科学技术的发展，工业系统的复杂程度不断增加，工业控制系统的安全问题受到广泛关注，维护复杂工业系统安全成为了当前故障诊断与安全控制领域的研究重点.为保证复杂工业系统的安全性和可靠性，需要尽早监测到在运行过程中存在的故障和安全隐患，并尽可能降低故障带来的影响.近些年来，涌现出大量故障诊断与安全控制相关的研究文献.本文回顾了复杂工业系统故障诊断与安全控制方法的发展历程及其在工程上的应用，对目前的研究现状和研究趋势进行总结和分析，并对未来发展方向进行了展望，期望通过本文的工作能为广大工程师和科研工作者提供一定的指导帮助和参考依据.

• 基于时间依赖切换信号的切换系统稳定性分析研究进展

  史爽, 费中阳, 赵旭东

  稳定性分析是研究切换系统时的基本问题.本文基于时间依赖的切换信号，回顾了切换系统的稳定性分析问题的研究进展及最新成果.首先，系统地介绍了常见的时间依赖的切换信号.在此基础上，分别介绍了连续和离散切换系统的稳定性分析的成果，并讨论了各方法的优缺点.最后，对切换系统的发展进行了展望.

• 下肢康复机器人的研究进展与临床应用

  石男强, 刘刚峰, 郑天骄, 李文胜, 麦晓明, 朱延河, 赵杰

  社会老龄化进程中，由于疾病或事故导致下肢受损的患者越来越多，患者的运动能力康复变得尤为重要.相对于传统的物理康复治疗方法，利用下肢康复机器人进行运功功能康复训练可以准确评估、大幅改善康复效果，提高康复效率，节约医疗康复资源.作为一种涉及康复医学、机械学、控制学、机器人学、计算机学及人工智能等诸多学科的智能仿生机电设备，下肢康复机器人按照患者的康复作业姿态主要分为坐卧式下肢康复机器人和站立式下肢康复机器人.其中坐卧式下肢康复机器人可以分为脚踏板式和外骨骼式机器人，站立式下肢康复机器人分为悬挂减重式和独立可穿戴式机器人.本文调研了国际上应用较为广泛的几类下肢康复机器人的代表性产品，详细分析了下肢康复机器人的主被动自由度、驱动方式、传动关节、感知技术、运动控制策略和训练模式等关键技术，并对各类机器人典型临床测试案例进行了比较和探讨，对下肢康复机器人未来的技术发展做出展望.

• 大群体决策理论与方法研究综述：问题与挑战

  徐选华, 尹儇鹏, 钟香玉, 万奇锋, 杨昭

  随着我国经济和社会复杂决策问题的出现及决策环境的日益复杂和不确定，传统群决策理论与方法也产生了深刻的变化，发展为大群体决策理论与方法，并且成为当前国内外决策科学研究的热点领域，在实际决策中有着广阔的应用前景.为此，首先从多属性大群体决策方法、冲突性大群体决策方法和风险性大群体决策方法三个主要方面回顾了大群体决策领域的研究和发展现状；接着，介绍了大群体决策研究热点和前沿进展；然后，阐述了该研究领域面临的问题和挑战；最后，指出了大群体决策今后的发展趋势.

• 多飞行机器人吊运系统研究进展及挑战

  易奎, 张建磊, 何玉庆, 韩建达

  多飞行机器人吊运系统是指由多个旋翼飞行机器人、吊绳及单个悬挂负载共同构成的具有空中操作能力的一类新型机电系统，具有灵活性强、地域可达性好、运输便捷、载荷能力强等显著优点.多飞行机器人吊运系统应用广泛，但是其建模与控制还存在诸多挑战.旋翼飞行机器人自身是一种复杂的欠驱动非线性系统，随着吊绳和负载的引入，系统的耦合性、欠驱动特性和非线性也会随之增加.为了全面对多飞行机器人吊运系统的研究进行综述，首先介绍了多飞行机器人吊运系统的常见构型，并对比分析了其优缺点；其次，从动力学建模、协调控制、实验三个方面介绍了多飞行机器人吊运系统的研究现状与挑战；最后，凝练了现存的关键科学问题，对其潜在的应用领域和未来的研究工作进行了探讨与展望.

• 基于多层特征选择的固废焚烧过程二噁英排放浓度软测量

  乔俊飞, 郭子豪, 汤健

  城市固废焚烧（MSWI）是目前国内外广泛应用的生活垃圾资源化处理技术，其存在“邻避效应”的主要原因之一是排放具有高毒性、持久性等污染特性的二噁英（DXN）.长周期、高成本的离线检测方式导致DXN排放浓度的实时监测难以实现.针对上述问题，提出了基于多层特征选择的MSWI过程DXN排放浓度软测量方法.首先，从单特征与DXN相关性视角，结合相关系数和互信息构建综合评价指标，实现MSWI多个子系统过程变量的第一层特征选择；接着，从多特征冗余性和特征选择鲁棒性视角，多次运行基于遗传算法——偏最小二乘法（GA-PLS）的特征选择算法，实现第二层特征选择；最后，结合上层选择特征的统计频次、模型预测性能及机理知识进行第三层特征选择，构建得到DXN排放浓度软测量模型.结合某焚烧厂的多年DXN检测数据验证了所提方法的有效性.

• 微型扑翼飞行器的自适应位置跟踪控制器

  常振强, 金龙, 李帅, 张继良

  微型扑翼飞行器是飞行器发展的重要方向，其位置跟踪控制成为该研究面对的首要问题.本文针对微型扑翼飞行器（flapping wing micro aerial vehicle，FWMAV）的位置跟踪控制问题展开研究，提出了一种可以避免控制系统陷入奇异且理论跟踪误差为零的自适应控制器.具体而言，首先提出了零梯度位置跟踪控制器.而后，理论分析表明其在解决FWMAV位置跟踪控制问题时存在局限性，即该控制器总是存在理论位置跟踪误差.为了弥补这一缺点，对零梯度控制器进行改进，提出了一种理论位置跟踪误差为零的自适应控制器，并利用非线性激励函数加快了位置跟踪误差的收敛速度.最后，仿真实验验证了该控制器的优越性.

• 无人机三维路径规划及避障方法

  袁建华, 李尚

  针对无人机（UAV）在三维环境中如何由起始点到目标点合理地规划路径避开障碍物，提出了一种基于改进粒子群算法与滚动策略相结合的UAV路径规划与避障方法.该方法首先以UAV为中心，通过传感器建立UAV的可视区域模型；其次结合滚动策略滚动探知UAV周围环境信息；最后，利用改进的粒子群算法进行路径搜索，并加入综合转角控制提高路径的平滑性.在传统粒子群算法中加入信息素与启发函数，增强算法的全局搜索能力，并对参数进行特定设计提高算法的收敛速度.仿真结果表明，该方法可以实现实时避障，所规划的路径相对平滑，且改进算法比传统算法具有较高的收敛性.

• 基于聚类分析和运动描述语言的扑翼飞行机器人行为规划

  丁伟, 王宏伟, 崔龙, 田申, 王森

  为了解决扑翼飞行机器人实时控制过程中操作者工作量大、操作较为复杂的难题，实现扑翼飞行机器人的分布式智能控制，提出了基于聚类分析和运动描述语言的扑翼飞行机器人行为规划方法.利用扑翼飞行机器人飞行数据聚类分析的结果，将机器人运动行为进行合理分类.在保证了运动描述语言的基元关系的同时，合理提取了扑翼飞行机器人的行为特征，并针对扑翼飞行机器人绕杆任务定义了4类运动基元.以扑翼飞行机器人和机载陀螺仪搭建了扑翼飞行机器人实验系统.通过直接控制方法和基于运动描述语言的机器人行为规划方法进行了实物实验和仿真实验，实验结果验证了所提方法的可行性和有效性.

• 基于改进粒子群优化算法的无线电能传输系统最大功率点跟踪

  赵越, 沈艳霞

  针对磁耦合谐振式无线电能传输（MCRWPT）系统在线圈过耦合时输出功率骤降的问题，提出了以粒子间方差衡量算法进程的自适应粒子群优化（APSO）算法.考虑频率分裂时系统功率和效率的特性，选定跟踪目标点为固有谐振频率右侧的最大功率点.所提的方差型APSO根据方差型算法进程因子动态调整参数，提高算法前期的全局性和后期的收敛性.仿真实验结果表明，所提的方差型APSO在实现MCRWPT系统的最大功率点跟踪时，稳态精度更高，收敛代数更少，算法的优势具有统计学意义.

• 侧向推搡下的四足机器人复合抗扰控制策略

  朱晓璐, 万锦晓, 许威, 周川, 郭健

  针对四足机器人侧向推搡下的平衡恢复问题，提出了一种复合抗扰反应式鲁棒控制策略.该策略由摆动相的自适应侧摆规划策略和支撑相的关节抗扰控制构成.摆动相自适应侧摆规划策略通过四足机器人足端落地点的力平衡条件进行主动式步态规划以保证机器人在侧向推搡下的姿态稳定，并基于关节输出力矩给出了侧摆的启动条件.支撑相关节抗扰控制通过带扰动项的四足机器人完整动力学模型设计了基于干扰观测器的鲁棒滑模控制器，实现对侧向推搡扰动的补偿.最后，通过Matlab与ADAMS联合仿真验证了提出的控制策略的有效性.