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Control Theory and Technology 2023年刊期合集
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针对自抗扰控制的PID近似人们可能会有疑惑: 既然PID有抗扰能力, 那么还需要自抗扰控制吗? 聂卓赟等在“无模型自适应抗扰比例-积分-微分控制”一文 中, 巧妙地在标准PID形式中实现了自抗扰和参数自适应的集成, 形成一类无模型自适应控制. 这一方法既扩展了控制器的操作范围和抗干扰能力, 又保持PID的基本形式和直观性. 另外, 尽管PID作为一个通用的控制器形式至今在工业界仍然占据主导地位, 它的微分项仍然是个众所周知的瓶颈口. 为此李向阳等在“关于一种基于移动窗口中迭代学习的新型跟踪微分器设计”一文中, 结合迭代学习改进线性跟踪微分器的功能, 以更小的噪声灵敏度获得更高的微分质量, 为进一步改进PID 的微分项提供了思路. 当控制器的选择从PID的单枪匹马变为自抗扰控制的千变万化, 工程师们怎么针对具体问题合理筛选设计方案就成为一个重要问题. 为此波兰学者马睿发等在“输出和误差形式的自抗扰控制: 联系, 等效性与性能”一文中, 讨论了两种自抗扰控制结构的特点和它们之间的关系, 进一步揭示了误差型自抗扰控制的特点和实用性. 德国学者Herbst等在“离散时间自抗扰控制的调参与实现”一文中则给出了误差型自抗扰控制从连续到离散的直接转换方式和选项, 使控制算法的实现和编程更加简单、实用. 自抗扰控制的工程化不断地为工程控制论的研究提供具有现实意义的挑战, 这也是对人才培养和知识结构的挑战. 从自抗扰控制的实践到工程控制论的认识 自抗扰控制的研究在理论和实践中交叉并进, 兼收并蓄. 陈劲峰等在“关于扩张状态观测器几何解释的初步研究”一文中, 尝试结合线性系统理论的几何方法, 推敲扩张状态观测器估计总扰动的可行性和设计前提, 即所谓“未知状态未知输入完全可重建”. 其后续工作是一方面借力打力, 在庞大、浩瀚的现代理论体系中寻找成熟、可用的工具, 比如文章中的几何方法, 目的是在控制论与模型论的结合处构建自抗扰控制的理论基础; 另一方面是在模型论中系统地引入自抗扰理念, 放宽其对精准模型的依赖, 让它更接近于实际. 自抗扰控制反过来也在不断地推动钱关韩体系中基本概念的建立. 金辉宇等在“论自抗扰控制中的标准态, 局部性和运行稳定”一文中, 针对动态系统的原生态, 即储能与记忆单元的理想串联形态, 提出了标准态(normality)的概念. 以描述物理过程的传递函数为例, 其幅频特性在低频段不管多么复杂和变化无穷, 在高频都呈现这个原生态. 而扩张状态观测器的作用就是把对象的幅频特性在低频段也实时地还原为标准态, 这其中的意义不言而喻. 所谓局部性(locality), 主要是区别于“对象数学模型所代表的全局性质”, 源于“控制器的作用是在物理系统的运行中, 根据它的局部特性, 控制好一个“随时间变化的过程”. 而这个局部特性既可以是时域的也可以是频域的. 关肇直用频域语言精准地概括了反馈系统的第一原理: 即“闭环系统过渡响应主要由Bode图在跨越频率w_c附近的特性所决定.”而这个w_c正是系统开环频率响应从低频段到高频段的转折点, 它和对象的增益(b0)一起, 构成对象动态在频域的局部性. 根据这个关键特性设计的自抗扰控制器, 其开环频率响应近乎理想, 对象低频段中各种内扰和外扰的出现和变化对w_c和相位裕度几乎没有影响, 从而实现了钱学森说的闭环系统的稳定运行(operational stability), 使它在内扰、外扰的共同作用下保持性能不变. 这不正是控制系统设计的终极目标吗? 总之, 自抗扰控制结合古典控制论的频域法和现代控制理论的状态空间法, 根据被控对象频域响应转折点的“局部性”动态信息, 通过扩张状态观测器实时地观测、消除总扰动, 把被控对象还原为”标准态”, 使控制系统的开环频率响应“在跨越频率w_c附近的特性”保持不变, 实现了系统的“运行稳定”. 可见, 舍弃复杂(交给扩张状态观测器), 抓住关键(积分链的阶数和b0), 聚焦本质(系统的运行稳定), 是钱关韩体系的控制论与欧美体系的模型论之间的主要区别. |
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 恰逢自动控制领域专家、新加坡工程院院士、IEEE Fellow陈本美教授60岁生日，中国工程院院士、IEEE/IFAC/CAA/CAAI Fellow陈杰教授，IEEE Life Fellow、IFAC/CAA/HKIE Fellow黄捷教授和新加坡工程院院士、IEEE/IFAC/CAA Fellow谢立华教授准备了这期控制和自动化的前沿专刊，向陈教授表示祝贺。 陈教授于1983年在厦门大学获得数学和计算机科学学士学位；1988年获美国华盛顿州斯波坎贡萨加大学电气工程硕士学位；1991年在美国华盛顿州普尔曼的华盛顿州立大学获得电气和计算机工程博士学位。1992年，他在美国石溪的纽约州立大学担任助理教授，开始了他的学术生涯。1993年，他转到新加坡国立大学电气与计算机工程系，后来成为该校Provost’s Chair Professor。自2018年以来，他一直担任香港中文大学机械与自动化工程系教授。陈教授早期的研究兴趣包括线性系统理论和控制理论的几个主题，如H¥/H2最优控制、鲁棒控制和非线性控制。20世纪90年代末，他逐渐将研究转向以应用为导向的主题，如硬盘驱动器伺服系统，2003年又转向无人系统。他撰写/合著了数百篇期刊和会议文章，以及控制理论和应用、无人系统和金融市场建模方面的十本研究专著。他曾在或正在Science China: Information Sciences, Control Theory and Technology, Automatica 和 IEEE Transactions on Automatic Control等十几本国际期刊的编委会任职。他目前担任Unmanned Systems主编和International Journal of Robust and Nonlinear Control编委。陈教授是IEEE/CAA Fellow和新加坡工程院院士。陈教授的研究成果不仅对控制和无人系统及其应用领域产生了重大影响，而且提出了许多值得进一步研究的新问题。本期专刊从陈教授的已毕业学生、博士后、合作者和朋友中邀请了18篇论文。我们希望这期专刊不仅能反映当前多智能体系统的协同控制和估计、切换系统、非线性控制、人工智能驱动的车辆控制、磁悬浮系统的控制、分布式纳什均衡寻求、基于视觉的目标运动估计，强化学习和优化，机器人的预测控制、车辆轨迹预测的混合方法等主题的研究活动，也为进一步探索指明了新的方向。本期专刊从陈教授的已毕业学生、博士后、合作者和朋友中邀请了18篇论文：论文1给出了基于半张量积的超矩阵压缩积运算及其性质；论文2给出了一种多玩家模仿学习算法；论文3引入了网络增益定理讨论了级联网络化系统的输入-状态稳定性；论文4提出了基于混合数据驱动的车辆轨迹预测算法；论文5讨论了异构多智能体系统的加权平均一致性问题；论文6提出了一种基于滑模的自适应管模型预测控制方法解决状态约束和不确定动力学的机械臂的最优跟踪控制问题；论文7讨论了一种新颖的反馈控制来研究两个随机耦合非线性系统之间的随机有限时间/固定时间同步问题；论文8讨论了耦合约束的网络博弈问题并给出了相应的算法；论文9利用李雅普诺夫的直接方法提出了一种鲁棒策略优化方法；论文10 针对类可逆离散切换线性系统提出了状态观测器设计方法；论文11探究了一类磁悬浮系统的分散式控制设计和合成；论文12解决了具有线性外部系统(exo-system)的线性多智能体系统的协同输出调节问题；论文13提出了一种基于深度学习的列车定位方法；论文14研究了具有规定性能的强单调非合作对策的纳什均衡(NE)寻求问题；论文15基于方位和角度测量制定了三个伪线性测量，建立了基于卡尔曼滤波和最小二乘估计的不同估计器；论文16提出了一种增益调度反馈控制器设计方法以驱动系统到期望的状态；论文17解决了联合连通切换网络下的一般离散时间线性多智能体系统的领导者跟随指数一致性问题；论文18提出了具有切换不确定性的多智能体系统基于数据驱动控制策略的一致性协议。 |
本期论文包括了智能控制系统、航天器姿态控制、智能电网安全、非线性系统自适应控制、次优状态估计、快速模型预测控制、自监督学习、网络同步、多智能体系统共识控制，以及流行病动力学分析等方面的多篇论文。 |
期刊简介
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Control Theory and Technology (CTT), 中文名《控制理论与技术》, 创刊于2003年，原刊名为Journal of Control Theory and Applications，2014年刊名更改为Control Theory and Technology。由华南理工大学与中国科学院数学与系统科学研究院联合主办，主要报道系统控制科学中具有新观念、新思想的理论研究成果及其在各个领域中的应用。目前被 ESCI (JIF 1.7)、EI、Scopus (CiteScore 3.1，更新于2025年4月5日)、CSCD、INSPEC、ACM 等众多数据库收录, 并于2013–2018年获得两期中国科技期刊国际影响力提升计划项目资助。2017–2021年连续获得“中国最具国际影响力学术期刊”和“中国国际影响力优秀学术期刊”称号，获得广东省高水平科技期刊建设项目(2021-2024年)，2022-2024年进入中国科协自动化学科领域高质量科技期刊目录。
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2023-2024刊期合集
Volume 22 (February - November 2024)
Issue 3, 2024 - Special issue on analysis and control of complex systems in honor of the 90th birthday of Professor Huashu Qin
Issue 2, 2024 - Special issue on system identification and estimation
Volume 21 (February - November 2023)
Issue 3, 2023 - Special issue on frontiers of control and automation, dedicated to Prof. Ben M. Chen 60th birthday
Issue 1, 2023 - Special issue on connecting theory and practice with ADRC
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