控制 分布式控制与优化 论文 Website Google Scholar PDF

工业智能系统及软件专刊

基于周期事件触发的直流微电网分布式功率分配与电压调节方法

范博, 张萌, 管晓宏
中国科学: 信息科学, 2025, 55(7): 1701-1722

摘要 为保障直流微电网的安全运行,需要通过分布式控制方法实现负荷功率的合理分配并维持母线电压的稳定.以往的分布式控制设计与分析往往基于连续时间系统模型.然而,对于现代控制系统,大多数控制方法尤其是系统级方法都是通过数字控制器和数字通信实现的.为避免连续时间控制策略在离散数字控制系统中实现时可能导致的不稳定现象,本研究基于离散时间(discrete-time, DT)直流微电网模型,提出了一种分布式DT控制方法,实现了比例负荷功率分配和加权几何平均电压调节.此外,为应对分布式控制器间信息交互可能导致的网络拥堵问题,本研究引入了周期事件触发(periodic event-triggered, PET)机制,在维持控制效果的同时,降低了对通信网络的通信资源需求.由于该触发条件仅在离散时刻检测,因此可以从本质上避免Zeno现象.进而,利用Lyapunov稳定性分析方法与LaSalle不变集原理,本研究从理论上证明了闭环系统可渐近收敛至平衡点.最后,通过Simscape Electrical软件对所提出的分布式控制方法进行了仿真测试,验证了其有效性以及在非理想通信网络情况下的鲁棒性.

关键词 直流微电网; 负荷功率分配; 母线电压调节; 离散时间控制; 周期事件触发控制; DC microgrid; load power sharing; bus voltage regulation; discrete-time control; periodic event-triggered control

引用格式 范博, 张萌, 管晓宏. 基于周期事件触发的直流微电网分布式功率分配与电压调节方法. 中国科学: 信息科学, 2025, 55(7): 1701-1722, doi: 10.1360/SSI-2025-0136
Bo FAN, Meng ZHANG, Xiaohong GUAN. Distributed power sharing and voltage regulation method for DC microgrids based on a periodic event-triggered approach. Sci Sin Inform, 2025, 55(7): 1701-1722, doi: 10.1360/SSI-2025-0136

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工业智能系统及软件专刊

分布式类Nesterov加速非凸复合优化算法

李天成, 张坤朋, 徐磊, 高超, 李凡, 杨涛
中国科学: 信息科学, 2025, 55(7): 1687-1700

摘要 随着工业智能系统的快速发展以及能源互联网的广泛应用,工业软件在支持多节点协同计算和解决复杂优化问题中发挥了关键作用.然而,能源互联网的分布式、多节点自治特点以及复杂网络结构和实时动态调控需求,对工业软件的实时性、收敛速率和适用范围提出了更高要求.这些要求迫切需要设计高效的分布式优化算法作为工业软件的核心支撑.因此,本文研究了时变通信拓扑下的分布式非凸复合优化问题,其中全局目标函数由光滑的非凸部分和非光滑的凸部分组成.所提出的算法利用逐次凸逼近(successive convex approximation, SCA)技术与梯度跟踪机制,并引入类Nesterov动量项以调整每次迭代的更新方向,从而进一步提升算法的收敛速率.理论证明了当动量参数低于设定的上界时,所提算法在固定步长条件下能够渐近收敛至所研究问题的平衡点集.数值仿真实验进一步验证了算法的有效性.

关键词 工业软件; 分布式非凸优化; 复合优化; 类Nesterov加速方法; industrial software; distributed non-convex optimization; composite optimization; Nesterov-like acceleration method

引用格式 李天成, 张坤朋, 徐磊, 等. 分布式类Nesterov加速非凸复合优化算法. 中国科学: 信息科学, 2025, 55(7): 1687-1700, doi: 10.1360/SSI-2025-0112
Tiancheng LI, Kunpeng ZHANG, Lei XU, et al. Distributed Nesterov-like accelerated non-convex composite optimization algorithm. Sci Sin Inform, 2025, 55(7): 1687-1700, doi: 10.1360/SSI-2025-0112

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自适应事件触发预测增强型分布式负荷频率预测控制

马苗苗, 郝若欣, 刘向杰
中国科学: 信息科学, 2025, 55(2): 401-411

关键词 扰动补偿; 自适应事件触发; 分布式模型预测控制; 互联电力系统; 负荷频率控制; disturbance compensation; adaptive event-triggered; distributed model predictive control; interconnected power system; load frequency control

引用格式 马苗苗, 郝若欣, 刘向杰. 自适应事件触发预测增强型分布式负荷频率预测控制. 中国科学: 信息科学, 2025, 55(2): 401-411, doi: 10.1360/SSI-2024-0195
Miaomiao MA, Ruoxin HAO, Xiangjie LIU. Adaptive event-triggered prediction-enhanced distributed load frequency predictive control. Sci Sin Inform, 2025, 55(2): 401-411, doi: 10.1360/SSI-2024-0195

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非凸控制约束下多智能体系统一致性和包含分析: 终端迭代学习策略

罗子健, 熊文军, 曹进德
中国科学: 信息科学, 2025, 55(1): 140-155

摘要 本文通过设计非凸控制约束条件下的迭代学习控制策略,解决多智能体系统的一致性和包含控制问题.此类问题的难点在于缺乏一种有效工具来处理分布式控制中的非凸约束.为此,本文综合非凸约束算子方法提出了一类新颖的迭代学习策略,并将其用于非凸约束下的多智能体一致性分析中.进一步,通过设计非凸约束下的终端迭代学习策略,探讨了相关的包含控制问题,即使各节点在终端时刻的状态收敛到领导者状态生成的凸包内.本文在迭代学习的框架下,结合压缩映射和Lyapunov稳定性理论,分别给出了非凸约束下实现一致性或包含的充分性条件.最后,通过两个数值模拟来说明本文理论结果的有效性.

关键词 非凸约束; 终端迭代学习; 一致性; 包含控制; 收敛性分析; nonconvex constraint; terminal iterative learning control; consensus; containment control; convergence analysis

引用格式 罗子健, 熊文军, 曹进德. 非凸控制约束下多智能体系统一致性和包含分析: 终端迭代学习策略. 中国科学: 信息科学, 2025, 55(1): 140-155, doi: 10.1360/SSI-2024-0152
Zijian LUO, Wenjun XIONG, Jinde CAO. Multi-agent systems consensus and containment analysis under nonconvex control constraints: a terminal iterative learning strategy. Sci Sin Inform, 2025, 55(1): 140-155, doi: 10.1360/SSI-2024-0152

控制 分布式控制与优化 论文 Website Google Scholar PDF SCOPUS引次: 0

基于联盟形成博弈的异构无人机集群分布式任务分配算法

薛舒心, 马亚杰, 姜斌, 李文博, 刘成瑞
中国科学: 信息科学, 2024, 54(11): 2657-2673

摘要 针对无人机集群携带异构资源以及任务的异构需求下的复杂任务分配优化求解问题,提出一种基于联盟形成博弈的分布式任务分配算法.首先针对任务分配问题规模较大的特点以及资源的异构性,提出一种基于异构资源的改进K-medoids聚类算法,通过对无人机集群和任务进行聚类的预处理,降低了任务分配的规模和难度.考虑任务需求、机载资源以及路径成本等条件建立任务分配模型,将原有任务分配问题转化为联盟划分问题,设计了一种基于联盟形成博弈的分布式任务分配算法进行求解.最后,将30个具有异构需求的任务分配给100架携带3种异构资源的无人机的仿真结果表明,所提算法能够实现较好的任务分配效果,同时极大提高任务分配的实时性,充分发挥集群效能.

关键词 任务分配; 异构无人机集群; 异构资源; 聚类算法; 联盟形成博弈; task allocation; heterogeneous UAV swarms; heterogeneous resources; clustering algorithm; coalition formation game

引用格式 薛舒心, 马亚杰, 姜斌, 等. 基于联盟形成博弈的异构无人机集群分布式任务分配算法. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(11): 2657-2673, doi: 10.1360/SSI-2024-0167
Shuxin XUE, Yajie MA, Bin JIANG, et al. Distributed task allocation algorithm for heterogeneous unmanned aerial vehicle swarm based on coalition formation game. Sci Sin Inform, 2024, 54(11): 2657-2673, doi: 10.1360/SSI-2024-0167

控制 分布式控制与优化 评述 Website Google Scholar PDF SCOPUS引次: 0

智能超表面辅助的无线通信网络性能优化综述

虞文武, 聂晓凯, 蔡豫晋, 李广举, 刘洪喆, 程强, 崔铁军
中国科学: 信息科学, 2024, 54(11): 2503-2517

摘要 作为新一代智能化综合数字信息基础设施,第六代移动通信(6G)深度融合人工智能、大数据以及先进计算等技术,构建泛在互联,智能体高效互通的新型网络模式,具有更大系统容量、更快信息传输速率以及更加智能化与数字化的性能特征.智能超表面(reconfigurable intelligent surface, RIS)是推动未来6G通信网络实现超级无线带宽、超大规模连接以及极其可靠通信能力等方面性能的极具潜力的新兴技术.该技术是基于在数字超材料平面上集成的大量低成本无源反射元件,通过自适应配置无线传播环境,显著提高无线通信网络在复杂场景下的性能,而实现自适应动态调控通信链路的关键在于对RIS辅助的网络系统优化.为此,本文通过对RIS近年来在网络性能优化方面相关研究文献进行综述,从RIS辅助通信的网络架构及其性能优化方案和应用场景两个方面总结了当前RIS辅助的无线通信网络性能优化研究成果与进展,并进一步讨论了通信网络部署RIS的潜在未来研究方向.

关键词 智能超表面; 无线通信网络; 性能优化; 6G; reconfigurable intelligent surface; wireless communication networks; performance optimization

引用格式 虞文武, 聂晓凯, 蔡豫晋, 等. 智能超表面辅助的无线通信网络性能优化综述. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(11): 2503-2517, doi: 10.1360/SSI-2024-0060
Wenwu YU, Xiaokai NIE, Yujin CAI, et al. A survey on the performance optimization of wireless communication networks assisted by reconfigurable intelligent surface. Sci Sin Inform, 2024, 54(11): 2503-2517, doi: 10.1360/SSI-2024-0060

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风电场分布式经济模型预测控制

孔小兵, 王文文, 刘向杰
中国科学: 信息科学, 2024, 54(9): 2200-2223

摘要 随着风电场规模的不断扩大,尾流效应导致场内下游风机发电功率降低和疲劳载荷加剧问题日益严重.为了降低风电场运营成本,提高动态经济性能,本文提出了一种风电场分层控制结构.在上层通过优化全场风机的诱导因子实现当前风向下的全场最大风能捕获,为下层本地控制提供各机组的最佳降载跟踪功率基准.在下层采用基于终端区域约束的稳定分布式经济模型预测控制策略对各风机实施本地控制,在保证满足电网负荷需求的同时有效降低机组的疲劳载荷,提高风电场的动态经济性.最后,通过SimWindFarm软件对由9台风机组成的风电场进行仿真实验,验证了风向变化、阶跃风速扰动和湍流风速扰动3种情况下所设计控制策略的有效性.

关键词 风电场控制; 尾流效应; 疲劳载荷; 分布式经济模型预测控制; 凸序列规划; wind farm control; wake effect; fatigue load; distributed economic model predictive control; sequential convex programming

引用格式 孔小兵, 王文文, 刘向杰. 风电场分布式经济模型预测控制. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(9): 2200-2223, doi: 10.1360/SSI-2024-0081
Xiaobing KONG, Wenwen WANG, Xiangjie LIU. Distributed economic model predictive control of wind farms. Sci Sin Inform, 2024, 54(9): 2200-2223, doi: 10.1360/SSI-2024-0081

控制 分布式控制与优化 论文 Website Google Scholar PDF SCOPUS引次: 0

一类基于分数阶梯度信息的变阶次扩散LMS算法

杨洋, 莫立坡, 左敏, 于永光
中国科学: 信息科学, 2024, 54(8): 1907-1923

摘要 针对分布式网络中的参数估计问题,本文提出了一类基于分数阶梯度信息的扩散LMS算法,主要利用分数阶梯度的变阶次机制来提升算法的各项性能.首先,针对已有的集中式分数阶梯度LMS算法,将其推广到分布式网络中的参数估计问题上来.进而,讨论了所提算法的收敛速度和收敛精度.其次,考虑到分数阶阶次对于算法性能的影响,设计了一个变分数阶阶次的策略来充分发挥分数阶的优点以提升算法的收敛特性.进一步,证明了切换拓扑结构下所提算法的收敛性.最后,通过数值仿真结果,从收敛速度、收敛精度、鲁棒性等角度验证了所提算法的有效性和优越性.

关键词 分布式估计; 扩散式 LMS 算法; 适应性滤波; 切换拓扑; 分数阶微积分; distributed estimation; diffusion LMS algorithm; adaptive filter; switching topologies; fractional calculus

引用格式 杨洋, 莫立坡, 左敏, 等. 一类基于分数阶梯度信息的变阶次扩散LMS算法. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(8): 1907-1923, doi: 10.1360/SSI-2024-0003
Yang YANG, Lipo MO, Min ZUO, et al. A class of diffusion LMS algorithm with variable fractional order gradient. Sci Sin Inform, 2024, 54(8): 1907-1923, doi: 10.1360/SSI-2024-0003

控制 分布式控制与优化 论文 Website Google Scholar PDF SCOPUS引次: 0

扰动线性多智能体系统的分布式资源分配算法

时侠圣, 孙长银, 穆朝絮
中国科学: 信息科学, 2024, 54(4): 911-926

摘要 针对一般异构线性多智能体系统的分布式资源分配问题,结合智能体动力学特性设计一类分布式优化算法,旨在实现扰动抑制的同时完成资源的最优分配.面对扰动模型已知干扰信号,本文利用智能体状态信息设计一种自适应分布式优化算法,其中拉格朗日(Lagrange)乘子对偶变量控制参数自动增加,直至拉格朗日乘子对偶变量达到一致.当智能体状态信息不可测时,本文将上述算法修改为基于输出反馈的分布式优化算法.当全局成本函数强凸时,借助拉萨尔(LaSalle)不变性引理证明上述所提算法渐近收敛到全局最优解.面对未知扰动信号,本文利用扩张状态观测器技术设计一种分布式优化算法.当未知扰动信号为常数或其微分趋于零时,利用李雅普诺夫(Lyapunov)理论证明上述算法渐近收敛至全局最优解.最后利用数值仿真验证上述算法有效.

关键词 异构多智能体系统; 资源分配; 自适应通信权重; 状态反馈; 输出反馈; 未知扰动; heterogeneous multi-agent systems; resource allocation; adaptive communication weight; state feedback; output feedback; unknown disturbance

引用格式 时侠圣, 孙长银, 穆朝絮. 扰动线性多智能体系统的分布式资源分配算法. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(4): 911-926, doi: 10.1360/SSI-2023-0093
Xiasheng SHI, Changyin SUN, Chaoxu MU. Distributed resource allocation algorithms for linear multi-agent systems with disturbances. Sci Sin Inform, 2024, 54(4): 911-926, doi: 10.1360/SSI-2023-0093

控制 分布式控制与优化 论文 Website Google Scholar PDF SCOPUS引次: 0

具有非协同步长的噪声鲁棒分布式资源分配算法

吴温文, 朱善迎, 刘帅, 关新平
中国科学: 信息科学, 2024, 54(3): 692-707

摘要 针对通信噪声干扰下的资源分配问题,本文提出了基于对偶梯度追踪的分布式算法以实现资源的最优配置.通过设计新的噪声追踪策略与引入抑制系数,本文算法对噪声干扰具有更好的鲁棒性,并且支持各节点使用非协同步长进行迭代更新.理论分析证明了对于非Lipschitz光滑甚至不可微的强凸目标函数,算法在噪声干扰下仍能收敛到最优解邻域并且具有O(1/k)收敛速率.最后,在IEEE14母线和IEEE 118母线系统上验证了本文所提出分布式算法的有效性和可拓展性.

关键词 分布式优化; 对偶问题; 噪声抑制; 资源分配; 非协同步长; distributed optimization; dual problem; noise suppression; resource allocation; uncoordinated stepsizes

引用格式 吴温文, 朱善迎, 刘帅, 等. 具有非协同步长的噪声鲁棒分布式资源分配算法. 中国科学: 信息科学, 2024, 54(3): 692-707, doi: 10.1360/SSI-2023-0022
Wenwen WU, Shanying ZHU, Shuai LIU, et al. Noise-robust distributed resource allocation with uncoordinated step-sizes. Sci Sin Inform, 2024, 54(3): 692-707, doi: 10.1360/SSI-2023-0022

控制 分布式控制与优化 论文 Website Google Scholar PDF SCOPUS引次: 4

基于事件触发的互联电力系统分布式负荷频率预测控制

马苗苗, 李钰梅, 崔婧, 刘向杰
中国科学: 信息科学, 2023, 53(7): 1392-1403

摘要 针对具有约束和扰动的多区域互联电力系统负荷频率控制(load frequency control, LFC)问题,本文提出了一种事件触发分布式模型预测控制(event-triggered distributed model predictive control,ET-DMPC)策略.将大规模互联电力系统分解成多个动态耦合的子系统,考虑发电机变化率约束(generation rate constraint, GRC)和调速器阀门位置限制,建立分布式预测控制优化问题.为了降低系统计算负担,减少计算资源的消耗和浪费,基于预测值和系统实际状态的误差构造事件触发条件.在事件触发机制下,只有子系统满足相应的事件触发条件时,控制器才传输状态信息和求解优化问题,并与邻域子系统交互最优解作用下的关联信息.仿真结果表明,本文提出的控制策略在负荷扰动和系统参数不确定的情况下具有良好的鲁棒性,同时极大地降低了系统的计算负担.

关键词 负荷频率控制; 分布式模型预测控制; 事件触发; 互联电力系统; 发电机变化率约束; load frequency control; distributed model predictive control; event-triggered; interconnected power system; GRC;

引用格式 马苗苗, 李钰梅, 崔婧, 等. 基于事件触发的互联电力系统分布式负荷频率预测控制. 中国科学: 信息科学, 2023, 53(7): 1392-1403, doi: 10.1360/SSI-2022-0343
Miaomiao MA, Yumei LI, Jing CUI, et al. Event-triggered distributed model predictive load frequency control of an interconnected power system. Sci Sin Inform, 2023, 53(7): 1392-1403, doi: 10.1360/SSI-2022-0343

控制 分布式控制与优化 论文 Website Google Scholar PDF SCOPUS引次: 3

基于边云协同的建筑能源系统分布式供需协同优化

徐占伯, 周春翔, 吴江, 刘坤, 管晓宏
中国科学: 信息科学, 2023, 53(3): 517-534

摘要 建筑能源系统能耗总量巨大且用能弹性高,具有很大的节能优化潜力,其提效节能被认为是降低能源电力系统终端碳排放、实现“2030碳达峰、2060碳中和”国家战略目标的重要途径之一.然而,建筑能源系统节能优化面临人员行为与系统能耗交互影响、多种能源介质时空多尺度耦合与供需能量平衡等建模挑战,以及系统决策空间随建筑规模指数增长的维数灾计算复杂性挑战.针对上述挑战,本文从信息物理融合的角度出发,提出了基于节点–流量模型的建筑能源系统分布式优化模型,刻画了电、气、热等能源物理网络与信息网络的交互影响,实现了局部数据采集和计算的一体化结构设计,支撑边云协同计算体系.进而,设计了基于边云协同的分布式迭代优化算法,证明了算法的收敛性,可实现建筑能源系统供需协同优化,并大大降低了对全局信息的依赖性和通信需求.本文以6种不同规模下实际建筑系统的数值测试结果,验证了所提方法的性能和有效性,特别在大规模建筑能源系统上具有良好的应用前景.

关键词 建筑能源系统; 信息物理融合系统; 边云协同计算; 供需协同优化; 系统优化; building energy system; cyber-physical system; edge-cloud computing; supply-demand coordination; system optimization;

引用格式 徐占伯, 周春翔, 吴江, 等. 基于边云协同的建筑能源系统分布式供需协同优化. 中国科学: 信息科学, 2023, 53(3): 517-534, doi: 10.1360/SSI-2022-0053
Zhanbo XU, Chunxiang ZHOU, Jiang WU, et al. Edge-cloud framework-based distributed optimization of a building energy system with supply-demand coordination. Sci Sin Inform, 2023, 53(3): 517-534, doi: 10.1360/SSI-2022-0053

控制 分布式控制与优化 论文 Website Google Scholar PDF SCOPUS引次: 1

网络攻击下产品与供应链协同演进系统数据驱动变更控制设计

李庆奎, 高雪峰, 彭晨, 张蕴隆, 易军凯
中国科学: 信息科学, 2023, 53(2): 325-343

摘要 产品与供应链协同演进系统(product and supply chain synchronous evolution system, PSCSE)是一类复杂的分布式信息物理系统(cyber-physical system, CPS),含有大量的未建模动态与不确定性.剧烈的需求波动及突发的网络事件,使系统结构参数极易发生变化.产品设计变更是维持PSCSES稳定、满足用户需求及保证经济效益的重要手段.本文研究基于分布式CPS的PSCSES在受到DoS攻击下的应急变更控制问题.首先,针对PSCSES在网络攻击下数据包丢失问题,利用每条子链的历史数据设计基于循环神经网络(recurrent neural network, RNN)的预测器以弥补因网络攻击造成的库存数据丢失;其次,利用博弈论思想将H∞一致性控制问题转化为多人零和图博弈问题,提出一种应急变更补偿机制;进而基于Q-learning的策略迭代技术设计了模型未知的控制器求解算法,实现了系统的库存状态H∞一致性.最后,仿真实验验证了所提方法的有效性.

关键词 网络攻击; 数据驱动; 供应链; 变更控制设计; 多智能体; cyber-attacks; data-driven; supply chain; change control design; multi-agent;

引用格式 李庆奎, 高雪峰, 彭晨, 等. 网络攻击下产品与供应链协同演进系统数据驱动变更控制设计. 中国科学: 信息科学, 2023, 53(2): 325-343, doi: 10.1360/SSI-2021-0435
Qingkui LI, Xuefeng GAO, Chen PENG, et al. Data-driven change control design for product and supply chain synchronous evolution systems under cyber-attacks. Sci Sin Inform, 2023, 53(2): 325-343, doi: 10.1360/SSI-2021-0435

控制 分布式控制与优化 论文 Website Google Scholar PDF SCOPUS引次: 4

有向图中含弹性关节多机械臂系统的分布式一致性

孟祥正, 吴爱国, 梅杰, 马广富
中国科学: 信息科学, 2023, 53(1): 81-96

摘要 本文主要研究有向图中含弹性关节多机械臂系统的一致性问题,利用模型参考自适应一致性方法,将含弹性关节多机械臂系统的一致性问题转化成参考模型的一致性和单个机械臂系统的轨迹跟踪问题两个子问题.考虑到机械臂的相对角速度信息难以获取的情况,提出了无需相对角速度信息的线性参考模型.在轨迹跟踪算法设计上,利用反步法对单个机械臂系统设计了跟踪控制算法,使得系统达到关节角度趋于一致的结果.

关键词 含弹性关节机械臂; 一致性; 分布式控制; 多智能体系统; 有向图; manipulator with elastic joints; consensus; distributed control; multi-agent systems; directed graph;

引用格式 孟祥正, 吴爱国, 梅杰, 等. 有向图中含弹性关节多机械臂系统的分布式一致性. 中国科学: 信息科学, 2023, 53(1): 81-96, doi: 10.1360/SSI-2021-0349
Xiangzheng MENG, Aiguo WU, Jie MEI, et al. Consensus of multiple manipulators with elastic joints under a directed graph. Sci Sin Inform, 2023, 53(1): 81-96, doi: 10.1360/SSI-2021-0349