《自动化学报》2024年50卷5期目录

融合自适应评判的随机系统数据驱动策略优化

王鼎, 王将宇, 乔俊飞

自适应评判技术已经广泛应用于求解复杂非线性系统的最优控制问题, 但利用其求解离散时间非线性随机系统的无限时域最优控制问题还存在一定局限性. 本文融合自适应评判技术, 建立一种数据驱动的离散随机系统折扣最优调节方法. 首先, 针对宽松假设下的非线性随机系统, 研究带有折扣因子的无限时域最优控制问题. 所提的随机系统 Q-learning 算法能够将初始的容许策略单调不增地优化至最优策略. 基于数据驱动思想, 随机系统 Q-learning 算法在不建立模型的情况下直接利用数据进行策略优化. 其次, 利用执行−评判神经网络方案, 实现了随机系统 Q-learning 算法. 最后, 通过两个基准系统, 验证本文提出的随机系统 Q-learning 算法的有效性.

王鼎, 王将宇, 乔俊飞. 融合自适应评判的随机系统数据驱动策略优化. 自动化学报, 2024, 50(5): 980−990

Wang Ding, Wang Jiang-Yu, Qiao Jun-Fei. Data-driven policy optimization for stochastic systems involving adaptive critic. Acta Automatica Sinica, 2024, 50(5): 980−990

基于肌电−惯性融合的人体运动估计: 高斯滤波网络方法

杨旭升, 李福祥, 胡佛, 张文安

本文研究了基于肌电(Electromyography, EMG)−惯性融合的人体运动估计问题, 提出了一种序贯渐进高斯滤波网络(Sequential progressive Gaussian filtering network, SPGF-net)估计方法来形成肌电和惯性的互补性优势, 以提高人体运动估计精度和稳定性. 首先, 利用卷积神经网络对观测数据进行特征提取, 以及利用长短期记忆(Long short-term memory, LSTM)网络模型来学习噪声统计特性和量测模型. 其次, 采用序贯融合的方式融合异构传感器量测特征, 以建立高斯滤波与深度学习相结合的网络模型来实现人体运动估计. 特别地, 引入渐进量测更新对网络量测特征的不确定性进行补偿. 最后, 通过实验结果表明, 相比于现有的卡尔曼滤波网络, 该融合方法在上肢关节角度估计中的均方根误差(Root mean square error, RMSE)下降了13.8%, 相关系数(R2)提高了4.36%.

杨旭升, 李福祥, 胡佛, 张文安. 基于肌电−惯性融合的人体运动估计: 高斯滤波网络方法. 自动化学报, 2024, 50(5): 991−1000

Yang Xu-Sheng, Li Fu-Xiang, Hu Fo, Zhang Wen-An. Human motion estimation based on EMG-inertial fusion: A Gaussian filtering network approach. Acta Automatica Sinica, 2024, 50(5): 991−1000

城市固废焚烧过程炉温与烟气含氧量多目标鲁棒预测模型

胡开成, 严爱军, 汤健

为实现城市固废焚烧(Municipal solid waste incineration, MSWI)过程炉温与烟气含氧量的准确预测, 提出一种基于改进随机配置网络的多目标鲁棒建模方法(Multi-target robust modeling method based on improved stochastic configuration network, MRI-SCN). 首先, 设计了一种并行方式增量构建 SCN 隐含层, 通过信息叠加与跨越连接来增强隐含层映射多样性, 并利用参数自适应变化的监督不等式分配隐含层参数; 其次, 使用F范数与L_2,1范数正则项建立矩阵弹性网对模型参数进行稀疏约束, 以建模炉温与烟气含氧量间的相关性; 接着, 采用混合拉普拉斯分布作为每个目标建模误差的先验分布, 通过最大后验估计重新评估 SCN 模型的输出权值, 以增强其鲁棒性; 最后, 利用城市固废焚烧过程的历史数据对所提建模方法的性能进行测试. 实验结果表明, 所提建模方法在预测精度与鲁棒性方面具有优势.

胡开成, 严爱军, 汤健. 城市固废焚烧过程炉温与烟气含氧量多目标鲁棒预测模型. 自动化学报, 2024, 50(5): 1001−1014

Hu Kai-Cheng, Yan Ai-Jun, Tang Jian. Multi-target robust prediction model for furnace temperature and flue gas oxygen content in municipal solid waste incineration process. Acta Automatica Sinica, 2024, 50(5): 1001−1014

具有不确定控制增益严格反馈系统的自适应命令滤波控制

吴锦娃, 刘勇华, 苏春翌, 鲁仁全

针对一类具有不确定控制增益的严格反馈系统, 提出一种基于命令滤波反推技术的自适应神经网络控制方法. 该方法采用神经网络对系统中的未知非线性函数进行逼近, 并引入命令滤波反推技术克服“计算膨胀”的问题. 与现有的命令滤波反推控制文献相比, 本文通过构造自适应误差补偿系统, 同时消除滤波器产生的边界层误差和不确定控制增益对系统性能造成的影响. 仿真结果验证了所提控制方法的有效性.

吴锦娃, 刘勇华, 苏春翌, 鲁仁全. 具有不确定控制增益严格反馈系统的自适应命令滤波控制. 自动化学报, 2024, 50(5): 1015−1023

Wu Jin-Wa, Liu Yong-Hua, Su Chun-Yi, Lu Ren-Quan. Adaptive command filtered control of strict feedback systems with uncertain control gains. Acta Automatica Sinica, 2024, 50(5): 1015−1023

基于事件触发机制的多自主水下航行器协同路径跟踪控制

王浩亮, 柴亚星, 王丹, 刘陆, 王安青, 彭周华

针对考虑外部海洋环境扰动和内部模型不确定性的多自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle, AUV), 研究其在通信资源受限和机载能量受限下的协同路径跟踪控制问题. 首先, 针对水声通信信道窄造成的通信资源受限问题, 设计一种基于事件触发机制(Event-triggered mechanism, ETM)的协同通信策略; 然后, 针对模型不确定性和海洋环境扰动问题, 设计一种基于事件触发机制的线性扩张状态观测器(Extended state observer, ESO)来逼近水下航行器的未知动力学, 并降低了系统采样次数; 最后, 针对机载能量受限问题, 设计一种基于事件触发机制的动力学控制律, 在保证控制精度的前提下, 降低了执行机构的动作频次, 从而节省了能量消耗. 应用级联系统稳定性分析方法, 分别验证了闭环系统是输入状态稳定的且系统不存在Zeno行为. 仿真结果验证了所提基于事件触发机制的多自主水下航行器协同路径跟踪控制方法的有效性.

王浩亮, 柴亚星, 王丹, 刘陆, 王安青, 彭周华. 基于事件触发机制的多自主水下航行器协同路径跟踪控制. 自动化学报, 2024, 50(5): 1024−1034

Wang Hao-Liang, Chai Ya-Xing, Wang Dan, Liu Lu, Wang An-Qing, Peng Zhou-Hua. Event-triggered cooperative path following of multiple autonomous underwater vehicles. Acta Automatica Sinica, 2024, 50(5): 1024−1034

基于Retinex先验引导的低光照图像快速增强方法

何磊, 易遵辉, 谢永芳, 陈超洋, 卢明

低光照图像增强旨在提高在低光照环境下所采集图像的视觉质量. 然而, 现有的低光照图像增强方法难以在计算效率与增强性能之间达到很好的平衡, 为此, 提出一种基于Retinex先验引导的低光照图像快速增强方法, 将Retinex模型与Gamma校正相结合, 快速输出具有对比度高、视觉效果好和低噪声的图像. 为获取具有良好光照的图像以引导确定与输入图像尺寸大小一致的Gamma校正图, 提出基于Retinex模型的先验图像生成方法. 针对所提先验图像生成方法在极低光照区域中存在颜色失真的问题, 提出一种基于融合的Gamma校正图估计方法, 采用反正切变换恢复极低光照区域的颜色和对比度, 以提升Gamma校正图在极低光照区域的增强性能. 为抑制输出图像的噪声, 考虑到完全平滑的Gamma校正图不会平滑细节纹理的特点, 提出基于域变换递归滤波的Gamma校正图优化方法, 降低输出图像噪声的同时保持颜色和对比度. 实验结果表明, 所提方法不仅在主客观图像质量评价上优于现有大多数主流算法, 而且在计算效率上具有十分显著的优势.

何磊, 易遵辉, 谢永芳, 陈超洋, 卢明. 基于Retinex先验引导的低光照图像快速增强方法. 自动化学报, 2024, 50(5): 1035−1046

He Lei, Yi Zun-Hui, Xie Yong-Fang, Chen Chao-Yang, Lu Ming. Fast enhancement method for low light images guided by Retinex prior. Acta Automatica Sinica, 2024, 50(5): 1035−1046

干扰条件下无人艇编队有限时间同步控制

王端松, 李东禹, 梁晓玲

针对有限时间控制中各状态分量收敛时间不同问题, 提出一种无人艇编队有限时间同步控制框架, 在此框架下设计的有限时间同步编队控制方法可巧妙地达到无人艇所有自由度编队误差在同一时刻收敛到平衡点. 首先, 针对现有干扰观测器与时间同步稳定框架不兼容问题, 设计有限时间同步干扰观测器; 然后, 利用比例保持特性设计有限时间同步编队控制器, 并验证了所提控制方法的稳定性; 最后, 通过3艘无人艇编队进行仿真实验, 实验结果验证了所提控制方法的有效性和优越性. 所提控制方法对有限时间同步控制需求的航海、航空航天和工业领域具有现实意义.

王端松, 李东禹, 梁晓玲. 干扰条件下无人艇编队有限时间同步控制. 自动化学报, 2024, 50(5): 1047−1058

Wang Duan-Song, Li Dong-Yu, Liang Xiao-Ling. Finite time synchronized formation control of unmanned surface vehicles with external disturbances. Acta Automatica Sinica, 2024, 50(5): 1047−1058