科研动态

智能控制与信息处理科研团队

   

一、团队简介

智能控制与信息处理科研团队由教授、副教授及青年博士共9人组成。近年来，团队成员主持国家自然科学基金、上海市自然科学基金、上海市教委创新项目及重大产学研项目等多项课题。团队以“智能控制与信息处理”为发展主线，聚焦新能源、智能控制、先进检测和高低压变频等技术，强化政产学研协同创新，重点关注智能电网、电气装备控制技术、光电精密测试技术等，强调强电与弱电相结合、传统与新兴相结合，积极促进成果转化。

  1. 团队负责人

陈蓓，女，工学博士、教授，中国自动化学会工业控制系统信息安全专业委员会委员，上海市自动化学会理事会理事，香港大学访问学者，上海交通大学访问学者。从事控制理论与控制工程方向的研究工作，近年来研究兴趣包括：新能源发电及微网、电池储能系统、Markov系统、滑模控制等。主持国家自然科学基金面上项目 1 项、国家自然科学基金青年项目 1 项、上海市自然科学基金面上项目 1 项、上海市经信委产业转型升级发展项目 1 项，参与国家自然科学基金面上项目 3 项、上海教委科技创新重点项目 1项、上海市经信委高端智能装备首台突破和示范应用项目 1 项。在Automatica等控制领域重要学术期刊发表论文55篇，单篇最高他引180 次（ESI高被引论文），授权 6 项发明专利，相关研究成果获得 2018 年中国自动化学会自然科学一等奖、2016 年上海市自然科学二等奖、2010 年上海市自然科学二等奖、2015 年上海市优秀博士学位论文，合作出版专著《信息物理系统安全控制设计与分析》，主编出版1本教材。担任IEEE Trans. Cybernetics, International Journal of Robust and Nonlinear Control, Journal of the Franklin Institute, IET Control Theory & Application等多个国际期刊审稿人。

三、团队主要成员

1. 曾国辉，男，工学博士，教授，中国电工学会电机工程教育专业委员会常务理事，上海市自动化学会理事，全国专业标准化技术委员会电机软起动分技术委员会委员、调速电气传动系统半导体电力变流器分技术委员会委员。主要从事电力电子与电力传动、电机拖动及控制等方面的教学与科研工作。对特种机器人、数字电源、电机拖动与控制、高低压变频、高低压软起动器、LED驱动控制等方面有较深入研究，曾先后担任过上海永大电梯设备有限公司科技副总（挂职）、上海雷诺尔科技股份有限公司技术副总、安徽天长市人民政府副市长（挂职）、上海工程技术大学国家大学科技园总经理。近年先后主持或参与 “级联式多电平光伏并网逆变器关键技术研究”、“三绕组变压器3D建模工作特性分析”、 “高性能高压变频器及相关先进技术研究”、“电梯曳引机智能集成测试系统开发”、“服装电磁波辐射屏蔽”、“电动汽车充电桩及智能电池管理系统（BMS）”、“特种机器人研制”等重大产学研项目。参加讨论制定软起动器国家标准5项。先后主持或参与国家自然科学基金项目、总装备部重大**项目、文化部项目、上海市科委科技攻关项目、上海市教委项目等十余项。在国内外发表学术论文50余篇，已授权发明专利10余项，实用新型专利40多项，外观专利1项；软件著作权登记3项。

2. 刘瑾，女，工学博士，教授。上海工程技术大学信息化办公室(算力中心)主任，曾任电子电气工程学院副院长。荷兰代尔夫特理工大学高级研究学者，上海市高等学校青年骨干教师国内访问学者。中国机械工业教育协会应用型本科电气工程及其自动化专业教学委员会委员，中国图象图形学会多媒体专业委员会委员，中国光学工程学会高级会员，上海市计算机学会教育信息化专委会委员。主要从事先进检测技术与应用、智能控制等方面的教学与科研工作。近年来主持国家自然科学基金、上海市“科技创新行动计划”生物医药科技支撑专项、上海市自然科学基金、上海市教委科技创新项目等，参与科技创新2030“新一代人工智能”重大项目、国家自然科学基金及重大横向项目等。获得上海市科技进步二等奖，入选2020年长宁区疫情防控团队。在《Optics Express》、《Optics and Laser Technology》、《Applied Optics》等期刊发表SCI论文50余篇，其中ESI高倍引论文5篇(ESI高倍引+热点论文4篇)，发表论文获得《武汉大学学报》高影响力论文，发明专利授权10余项。担任《Optics Express》、《Optics Letters》、《Applied Optics》、《武汉大学学报》等期刊审稿人，2022年获得《武汉大学学报》优秀审稿专家。获得中国研究生电子设计竞赛全国总决赛优秀指导教师和上海市优秀指导教师等荣誉。

3. 闫书佳，女，工学博士。主要从事电力系统智能检测技术的研究，先后主持或参与“面向海上风电场升压站内部设备的智能检测与评估技术的研究（上海勘测设计研究院）”、“基于可见光与红外信息融合的输电线路运行状况检测”、“无人机巡线后台故障诊断系统研究”、“基于信息融合技术的飞行器电网巡线故障诊断”、“外绝缘污秽状态图像识别检测技术研究与应用”等项目。

4. 张振华，男，理学博士，讲师，硕士生导师，电子电气工程学院党委宣传委员、党政办主任。主要从事量子控制、电子电路等方面的教学与科研工作。主持上海市教委优青项目、校基金及横向项目10余项，参与国家自然科学基金、上海科委及教委项目等10余项，在《Physical Review A》、《Journal of the Optical Society of America B》、《Laser Physics Letters》等期刊上发表高水平SCI论文近20篇。

5. 高燕，工学博士，副教授，硕士生导师。主要从事控制理论与优化技术、人工智能、计算机视觉及模式识别、大数据等。主持完成、参与科研和教研项目10余项，包括国家自然科学基金项目(主持)、上海市自然科学基金项目、上海市教委项目等。近年在国内外重要学术期刊上发表论文20余篇，其中SCI、EI、CSCD-C收录共 17篇，授权实用新型专利 8 项，发明专利4项。

6. 韦钰，高级实验师，硕士，2014 年毕业于华东理工大学控制工程专业。从事学院科研管理与服务工作，主要研究方向为电气检测与控制，负责《电机及拖动综合实验》、《电机测量与保护技术实践》等实践类课程。参与编写教材1本，发表论文10余篇。专利发明授权1项，实用新型授权与软件著作权多项。曾多次指导市级、国家级大学生创新项目、TI杯大学生电子设计竞赛。

7. 丁婷婷，博士，电子电气工程学院，电气工程系，讲师。主要从事基于铌酸锂薄膜的芯片加工、光电信息处理等研究。参与国家级/省部级项目3项。迄今以第一作者的身份在包括Optica、Optics Letters、Journal of Lightwave Technology、Optics Express、Chinese Optics Letters等SCI期刊及国际会议发表论文。

8. 臧甲杰，加拿大西蒙弗雷泽大学哲学博士（工学），讲师。目前主要从事大功率电力电子与电力系统控制技术，新能源功率变换技术、大功率电力电子设备故障检测及容错运行等方面研究。参与多项加拿大NSERC项目及国家电网和南方电网项目，公开发表学术论文二十余篇，已授权国家发明专利1项，实用新型专利1项。

四、主要论文及专利成果

论文成果

  1. Chen Bei, Niu Yugang, Zou Yuanyuan. Adaptive sliding mode control for stochastic Markovian jumping systems with actuator degradation. Automatica. 2013, 49(6): 1748-1754. (SCI, EI)(ESI Highly Cited Paper)

  2. Chen Bei, Niu Yugang. Sliding mode control based on multi-node transmission hybrid scheduling for Markovian jump systems with constrained bandwidth. Nonlinear Analysis: Hybrid Systems. 2023, 49 (2023) 101358. (SCI, EI)

  3. Chen Bei, Niu Yugang, Liu Hongjian. Input-to-state stabilization of stochastic Markovianjump systems under communication constraints:genetic algorithm-based performance optimization. IEEE Trans. Cybernetics. 2021, DOI: 10.1109/TCYB.2021.3066509.(SCI, EI)

  4. Chen Bei, Niu Yugang, Zou Yuanyuan. Dynamic event-triggered sliding mode security control for Markovian jump systems: Learning-based iteration optimization method. International Journal of Robust and Nonlinear Control. 2022, 32(5): 2500-2517.(SCI, EI)

  5. Chen Bei, Niu Yugang. Sliding mode switched control for Markovian jumping systems subjectto intermittent DoS attacks. International Journal of Robust and Nonlinear Control. 2022, 32(3):1545-1560.(SCI, EI)

  6. Chen Bei, Jia Tinggang, Niu Yugang. Co-design of transition rates and sliding mode switched controller for Markovian jumping systems under intermittent DoS attacks.Journal of the Franklin Institute. 2022, 359(8): 3549-3574.(SCI, EI)

  7. Chen Bei, Niu Yugang, Zou Yuanyuan. Security control for Markov jump system with adversarial attacks and unknown transition rates via adaptive sliding mode technique. Journal of the Franklin Institute. 2019, 356(6): 3333-3352.(SCI, EI)

  8. Jing-Yi Gao, Jin Liu*, Hai-Ma Yang, Hai-Shan Liu, Guohui Zeng, and Bo Huang. Anisotropic medium sensing controlled by bound states in the continuum in polarization-independent metasurfaces[J].Optics Express，2023，31(26) :44703-44719  

  9. Qianhe Zhao, Jin Liu*, Haima Yang, Haishan Liu, Guohui Zeng, BoHuang, Jun Jia. Double U-groove temperature and refractive index photonic crystal fiber sensor based on surface plasmon resonance[J]. Applied Optics, 2022, 61(24): 7225-7230(ESI高被引、热点论文)

  10. Qianhe Zhao, Jin Liu*, Haima Yang, Haishan Liu, Guohui Zeng and Bo Huang.High Birefringence D-Shaped Germanium-Doped Photonic Crystal Fiber Sensor[J]. Micromachines, 2022, 13(6): 826(ESI高被引、热点论文)

  11. Xiaolin Liu, Jin Liu*, Haima Yang, Bo Huang, Guohui Zeng. Design of a high-performance graphene/SiO2-Ag periodic grating/MoS2 surface plasmon resonance sensor[J]. Applied Optics, 2022, 61(23): 6752-6760(ESI高被引、热点论文)

  12. Yuyuan Luo, Jin Liu*, Haima Yang, Haishan Liu, Guohui Zeng, Bo Huang. Enhanced Circular Dichroism by F-Type Chiral Metal Nanostructures[J].Potonics,2023,10(9):1028(ESI高被引、热点论文)

  13. Shaowei Cheng, Jin Liu*, Zeng Li, Pengcheng Zhang, Jiquan Chen, Haima Yang. 3D error calibration of spatial spots based on dual position-sensitive detectors[J]. Applied Optics, 2023, 62(4): 933-943 (ESI高被引、热点论文)

  14. Di Wang, Jin Liu*, Haima Yang, Bo Huang Guohui Zeng. Research on Tunable SPR Sensors Based on WS2 and Graphene Hybrid Nanosheets[J]. Photonics, 2022, 9(7): 490

  15. Jin Liu*, Fan Zhang, Aleksey Kudreyko, Wenjia Ren, Haima Yang.Novel laser tracking measurement system based on the position sensitive detector[J].Mathematical Biosciences and Engineering, 2023, 20(1): 572-586

  16. Yan shujia*, Jin Lijun. Research on fault diagnosis of transmission line based on SIFT feature, Lecture Notes in Computer Science, 2013, 7952(2): 569-577

  17. 金立军，胡娟*，闫书佳，基于图像的高压输电线间隔棒故障诊断方法，高电压技术，2013，39（5）：1040 ~ 1045

  18. 金立军，闫书佳*，刘源，基于类Haar特征与级联AdaBoost算法的防震锤识别，系统仿真学报，2012，24（9）：1806 ~ 1809

  19. Yan S.J., Zhou Z.H., Wang S.C., Tong M.S., Recognition of current transformer in infrared imaging based on K-means and morphological algorithm, 2017 International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium in China, Suzhou, P.R. China, 2017.08.01-08.04

  20. Y. Wei, K. Wang, Y. C, Chen. A single-phase Phasor Measurement Unit for smart distribution systems, 2016 IEEE 8th International Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC- ECCE Asia 2016), pp.3559-3565, May, 2016. (EI: 20163502740904)

  21. 韦钰, 邵晨. 光伏组件表面异物检测实验平台的研制[J]. 实验室研究与探索, 2019, 38(01):36-39.

  22. 韦钰, 张菁, 白园飞, 邵晨, 黄勃. 改进的大功率电动机实验台检测与保护系统设计[J]. 实验室研究与探索, 2018, 37(03):74-78.

  23. 韦钰, 王培元, 陈宇晨.10kV架空绝缘导线的防雷仿真研究[J].电瓷避雷器,2013(05):85-89.


专利成果

[1]发明专利授权，一种基于需求侧响应的微网社区分布式能量分配方法，专利号：ZL 201810150524.7

[2]发明专利授权，一种结合储能均衡技术的储能电池系统容量配置策略，专利号：ZL 201810150525.1

[3]发明专利授权，锂电池动力电源系统及车辆，专利号：ZL 201710742650.7

[4]发明专利授权，一种集中式 DC-DC 电池均衡器，公开号 CN105811497A

[5]发明专利授权，一种锂电池的单电芯结构及电芯组及电芯模组，公开号 CN105226320A

[6]发明专利授权，一种锂电池 PACK 的空调布置方法及装置

[7]发明专利授权，晶体硅刻槽埋栅电池的钝化接触电极结构及其制备方法 201610180452.1

[8]实用新型专利授权，晶体硅刻槽埋栅电池的钝化接触电极结构 201620241178.X

[9]实用新型专利授权，光伏电站效能评估系统 201620349983.4

[10]实用新型专利授权，光伏电站监控系统智能化拓展终端 201620350013.6

[11]实用新型专利授权，一种光伏电站储能控制装置 201720606626.6

[12]实用新型专利授权，光伏电站逆变器评估装置 201720615047.8

[13]发明专利授权，一种用于研究积尘对光伏组件性能影响的实验装置及系统，ZL201710407509.1

[14]发明专利授权，一种用于模拟轨交供电系统的继电保护原理的实验教学装置，ZL201510353342.6

[15]一种封闭空间用柴油发电机组水冷式消音器 实用新型ZL201720355502.5


五、主要项目成果

 团队注重科学研究及与各行业企业开展产学研合作，广泛服务社会与产业需求，多项成果取得较好成绩并得到成功应用。主要成果如下：

[1]条波导激励可调谐对称微纳结构的准分布式SPR传感机理研究(项目编号：61701296)，国家自然科学基金

SPR传感技术已成为生化检测的重要手段， SPR传感器的有效调谐及集成化多点检测是亟待解决的重要课题。本项目提出条波导激励金属纳米孔－介质－金属纳米孔的对称结构的准分布式SPR传感机理：采用三维时域有限差分法对金属纳米孔-介质-金属纳米孔的微纳结构进行电磁场分析，解明金属材质、厚度及纳米孔的晶格及结构参数对共振峰位置和传感灵敏度的影响，分析上下两层金属纳米孔膜间的距离，待测介质的折射率与波矢匹配之间的关联机制，揭示该结构可产生双衰减峰的机理；研究单模条波导的优化设计和实验推定离子交换单模条波导折射率分布的方法，设计激励微纳结构的单模条波导；研究将不同参量的对称微纳结构在条波导上纵向分布，形成不交叠的多衰减峰的准分布式传感机理。项目研究的可调谐机制，为解决强度检测时折射率受限提供了有效解决途径，多衰减峰形成机理，为波导型SPR传感器的多点准分布式检测提供理论基础和技术支持。

 图1 对称SPR双峰传感检测系统原理示意图

 图2 不同金属材料及比例构成的SPR相应电场强度分布图

[2]网络攻击下Markov跳跃系统的异步滑模控制问题(项目编号：61803255)，国家自然科学基金

 信息物理系统的飞速发展和日益普及，给社会发展带来便利的同时，也因为网络的开放性受到不可避免的恶意攻击和威胁。例如曾对伊朗核电站造成重大影响的Stuxnet蠕虫病毒，其攻击目标是用来监控电站、大坝、废弃物处理系统等大型工业设备的控制系统。针对网络攻击的检测与识别能够在一定程度上为CPS的安全运行发挥积极作用，但实际上，对社会安全与经济产生重大影响的网络攻击往往针对电力、交通运输等重要基础设施，而这些设施由于其重要性通常不允许停止工作，控制系统作为其中的核心，一旦瘫痪后果不堪设想。因此，从系统和控制的角度，进行有效的控制系统分析和设计，使系统在受到网络攻击的情况下，仍能维持或在短时间内恢复正常工作状态，同时尽量减小网络攻击带来的影响，是当前CPS安全的重要研究方向之一。本项目将针对网络攻击下系统模态信息缺失/延迟的情况，通过分析网络攻击对系统信息完整性、实时性、真实性带来的影响，研究系统在网络攻击下的异步滑模控制问题，从而提高控制器的作用，改善被控系统的动态性能。

 图3网络攻击下系统状态变量图（开环系统与闭环系统对比）

 图4针对网络攻击设计的滑模变量和控制律变化图

[3]多绕组干式牵引整流变压器输出特性分析。企业委托项目

 在设备越来越趋向于集成化、多功能化的今天，单功能的传统变压器将不再符合现在的工业发展趋势，因此需要将变压器的设计和发展方向往多功能、高集成的方向发展。多绕组干式整流变压器是将一台牵引整流变压器和一台配电变压器集合为一体，该产品除了一组高压绕组外，还配有二组牵引整流用的低压绕组和一组配电用的低压绕组。该变压器白天正常运行时，三组低压绕组同时运行，且牵引整流负载为VI负载等级要求；夜晚时，牵引整流用的低压绕组处于停运状态，配电用的低压绕组处于正常运行。项目使用有限元对此变压器进行实体建模仿真，通过仿真分析其输出特性，检验其工作状态，以及在外部冲击下的变压器工作情况。

 图5多绕组变压器平面图

 图6多绕组变压器单相涡流损耗图

[4]直流微电网内电力变换器间负荷分配。

 直流微电网作为一种小型并网发电系统具有自我管理功能，可以就地消纳新能源产生的电力，降低新能源并网给主网造成的压力。随着电力系统的逐步发展，以电动汽车为主的各种直流负荷大量增多。同时，许多新能源发电技术如光伏发电，产生的电能也是直流电的形式。直流微电网因其不需要反复进行交直流变换而拥有非常大的优势。在实际运行过程中，直流微电网的母线往往由多个电源提供电力支撑且在空间上，发电端与直流母线有一定的距离，不同的供电源到直流母线的距离是由实际环境所决定的，导致各个源端到直流母线之间的线路阻抗值大小不同。这一组不平衡的线路电阻将带来不同变换器之间功率分配不均的问题，影响变换器工作寿命。同时也会造成一定的线路损耗，降低直流母线电压，影响电能质量。本项目针对变换器间出现的负荷分配不均问题，利用变换器工作产生的高频纹波的交流特性以及直流微电网拓扑特点，解算出线路的电阻值。进而利用各个变换器对应线路阻抗值对其进行精确的下垂控制，以及电压补偿。同时弥补线路电阻对直流母线电压质量的影响。实现直流微电网内部各个变换器间负荷合理分配。

 图7直流微电网结构

 图8变换器均流控制及母线电压控制实验结果

五、团队活动

(1)团队曾国辉老师曾挂职天长市副市长，促进学院产学研活动及产教融合工作。

(2)团队陈蓓老师参加第38届中国控制会议，并担任分会场主席。

(3)团队成员组织并参加学术讲座。