A Data-Driven Surrogate Modeling and Sensor/Actuator Placement Framework for Flexible Spacecraft
Colorado State University（科罗拉多州立大学）；Lockheed Martin（洛克希德·马丁）
本文提出了一种数据驱动的代理建模和传感器/执行器布置框架，用于柔性航天器的动态建模与控制，通过DMD方法实现降阶模型并优化传感器布置以提升系统可控性和可观测性。
2026-01-09 cs.SY eess.SY
Optimal actuator placement for minimizing the worst-case control energy
University of Colorado at Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本文研究了线性系统中最小化最坏情况控制能量的最优执行器放置问题，通过分析系统矩阵的正定性，提出了完整的解决方案，并指出了解决一般问题的困难。
2017-07-20 cs.SY eess.SY
Minimal Actuator Placement with Bounds on Control Effort
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
本文研究了线性系统中最小执行器布置问题，证明其NP难，并提出一种近似算法，以O(logn)因子近似最优解，同时探讨了在控制努力最小化下的执行器布置问题。
2016-12-29 cs.MA cs.SY eess.SY
Enhancing Vehicle Platooning Safety via Control Node Placement and Sizing under State and Input Bounds
本文针对车辆编队易受网络攻击的问题，提出两阶段执行器布置与饱和方法，在状态和输入约束下优化关键控制节点及其输入边界，以兼顾安全性与防御效率。
2025-03-11 cs.SY eess.SY
Adaptive Controller Placement for Wireless Sensor-Actuator Networks with Erasure Channels
The University of Newcastle（纽卡斯尔大学）；Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；Universidad de Sevilla（塞维利亚大学）
本文提出一种灵活的网络控制架构，通过在串联系统中使用模拟擦除信道，允许节点角色根据传输结果动态调整，从而提升网络性能。
2013-08-08 cs.SY eess.SY math.OC
A Structured Systems Approach for Optimal Actuator-Sensor Placement in Linear Time-Invariant Systems
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Instituto Superior Técnico, Technical University of Lisbon（里斯本技术学院，里斯本技术大学）
针对线性时不变系统，提出一种结构化方法，通过多项式复杂度算法确定最小专用输入数量及其配置，以实现结构可控性，并通过对偶性扩展至结构可观性。
2012-10-25 cs.MA cs.SY eess.SY
Actuator Security Indices Based on Perfect Undetectability: Computation, Robustness, and Sensor Placement
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Uppsala University（乌普萨拉大学）
本文提出基于完美不可检测性定义的执行器安全指数，用于帮助控制系统操作员定位网络化控制系统中最易受攻击的执行器，从而进行保护。该指数等于需要被入侵的传感器和执行器的最小数量，以实现对特定执行器的完美不可检测攻击。针对小规模网络化控制系统，推导出计算该指数的方法，并展示通过增加传感器可以提高该指数。对于大规模系统，计算指数是NP难问题，指数易受系统变化影响，并基于攻击者知晓整个系统模型的假设。为解决这些问题，引入了鲁棒安全指数，该指数可在多项式时间内计算，不受系统变化影响，并可与有限和完整模型知识攻击者相关联。此外，分析了两个旨在提高鲁棒指数的传感器布置问题，证明这两个问题具有子模结构，因此可在多项式时间内获得具有性能保证的次优解。最后，通过数值示例展示了理论发展。
2019-02-15 cs.SY eess.SY
Simultaneous Sensor and Actuator Selection/Placement through Output Feedback Control
The University of Texas at San Antonio（德克萨斯大学圣安东尼奥分校）；The University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）
本文研究了通过输出反馈控制同时选择最少数量的传感器和执行器以实现稳定闭环性能的问题，提出两种方法解决组合优化问题并进行数值实验验证。
2018-06-14 cs.SY eess.SY
Optimal Sensor and Actuator Selection using Balanced Model Reduction
University of Washington（华盛顿大学）
本文提出了一种基于平衡模型降阶和贪心优化的方法，用于高维估计和控制中的最优传感器和执行器选择，通过贪心矩阵QR消元在主导模式上优化可观测性和可控性。
2020-01-11 cs.NA cs.SY eess.SY
Minimal Actuator Selection for Linear Time Invariant Systems
University of Padova（帕多瓦大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文提出了一种基于整数线性规划和集合多覆盖问题的方法，用于确定线性系统中最小的执行器子集以确保可控性。
2026-10-07 cs.SY eess.SY math.OC
On Submodularity and Controllability in Complex Dynamical Networks
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文研究复杂动态网络中可控性和可观测性的结构特性，通过证明某些指标具有模性和次模性，提出贪心启发法进行优化。
2016-09-30 cs.SY eess.SY math.OC
Submodularity of Energy Related Controllability Metrics
Automatic Control Laboratory, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院自动控制实验室）
研究能量相关可控性度量的亚模性，利用贪心算法近似优化动态系统网络的可控性和可观测性。
2014-03-25 cs.SY eess.SY math.OC
Hybrid Position/Force Control for Hydraulic Actuators
本文介绍了一种新型的混合位置/力控制与两种控制模式之间的自主切换的液压执行器。设计了一种前馈、全状态反馈、积分控制误差、死区预补偿和控制量低通滤波的位置/力混合控制结构。控制器增益通过局部线性化和极点配置分别完成的位置和力控制。在闭环控制回路中引入了一种基于混沌的自主切换策略，并采用基于多个李雅普诺夫函数的方法对整个混合控制系统进行了稳定性分析。实验评估显示在开发的测试装置与标准的工业液压缸，并为不同的运动和负载配置文件。
2020-06-05 cs.SY eess.SY
An Actuator with Magnetic Restoration, Part II: Drive Circuit and Control Loops
本文为磁复位执行器研究的第二部分，设计了运放驱动电路与高精度仿真模型，实现三种DSP位置控制方案，通过多维度指标评估性能并对比优劣，为相关应用提供参考。
2024-04-11 cs.SY eess.SY
Joint Actuator-sensor Design for Stochastic Linear Systems
University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本文研究随机线性控制系统中执行器-传感器联合设计问题，通过梯度下降算法最小化时间平均成本，证明在特定条件下算法能收敛到全局最优解。
2018-06-09 cs.SY eess.SY
Stabilizability of neural fields from thick subsets
TU Chemnitz（Chemnitz工业大学）
本研究针对仅作用于固定子集的受控Amari型神经场，在适当假设下证明其线性化形式开环可镇定，进而推导闭环可镇定性，还通过数值模拟获取控制代价的经验估计。
2026-07-30 cs.SY eess.SY math.AP
Inadequacy of Linear Methods for Minimal Sensor Placement and Feature Selection in Nonlinear Systems; a New Approach Using Secants
Princeton University（普林斯顿大学）
传感器放置和特征选择是工程、建模和数据科学中的关键步骤，它们有一个共同的数学主题：所选的测量值应该能够解决逆问题。感兴趣的大多数现实世界的系统是非线性的，但大多数可用的技术特征选择和传感器的位置依赖于线性或简单的统计模型的假设。我们表明，当这些假设被违反时，标准技术可能会导致昂贵的过度感知，而不能保证所需的信息可以从测量中恢复。为了解决这些问题，我们引入了一种新的数据驱动的方法，传感器的位置和特征选择的一般类型的非线性反问题的基础上所包含的信息在数据点之间的割线向量。使用割线为基础的方法，我们开发了三个有效的贪婪算法，每个提供不同类型的强大的，近最小的重建保证。我们证明了他们的两个问题，线性技术始终失败：传感器的位置，以重建由一个复杂的冲击混合层相互作用形成的流体流和选择基本流形学习坐标的环面。
2021-01-27 cs.LG cs.SY eess.SY
Resilience of Complex Networks
IIT Bombay（印度理工学院孟买分校）
本文研究了在结构变化可能切断任意两个状态连接的情况下，确保线性系统结构可控所需的最少执行器数量。通过IEEE标准电力网络验证了方法的有效性。
2017-03-21 cs.SY eess.SY math.OC
Minimal L2-Consistent Data-Transmission
本文针对非并置传感器与执行器系统，提出基于近似因果分解和系统层级综合的方法，在保证L2增益阈值约束下最小化数据传输次数，并给出增益退化误差界。
2024-08-07 cs.SY eess.SY math.OC
Towards Understanding Sensor and Control Nodes Selection in Nonlinear Dynamic Systems: Lyapunov Theory Meets Branch-and-Bound
传感器与执行器选择问题是动态系统设计与控制中的核心问题之一。这些问题对应于确定传感器（测量）或致动器（控制节点）的最佳选择，使得可以实现某些估计/控制目标。虽然SASP的文献确实是根深蒂固的，绝大多数的工作集中在网络动态的线性（化）表示，导致在有限的操作区域有效的传感器或执行器（SA）的位置。作为替代方案，在这里，我们提出了一个新的一般框架，解决SASP在非线性动态系统（NDS），假设输入和输出线性耦合的非线性动态。这是通过（i）分类和参数化的NDS到各种非线性函数集，（ii）利用丰富的李雅普诺夫理论公式，（iii）设计一个新的定制的分支定界（BNB）算法，利用SASP的问题结构。新设计的BnB程序在计算上比标准程序更有吸引力，并且也直接适用于求解线性系统的SASP。与文献中的当代方法相比，我们的方法适合于找到稳定/不稳定NDS的最佳SA组合，通过一个简单的线性反馈控制策略，确保稳定的估计误差和闭环动态。
2022-05-04 cs.SY eess.SY math.OC
Dynamic Actuator Selection and Robust State-Feedback Control of Networked Soft Actuators
University of Texas at San Antonio（圣安东尼奥德克萨斯大学）
本文针对网络化软体执行器的实时控制与执行器选择算法对性能的影响缺乏系统理论理解的问题，提出了一种新的软执行器框架，用于分析和鲁棒控制，并通过数值案例研究验证了其有效性。
2018-04-04 cs.SY eess.SY
Removal-Only Actuation in Age-Structured Branching Populations: Fundamental Limits of Equilibrium Placement
Université Clermont Auvergne（克莱蒙费朗大学）；Université de Lorraine, CRAN CNRS UMR 7039（洛林大学，CRAN CNRS UMR 7039）
该研究针对年龄结构分支种群，分析仅移除驱动对其拟平稳平衡的控制极限，揭示可达衰减率受执行器形状而非大小主导，并通过口蹄疫模型验证结果。
2026-08-12 cs.SY eess.SY math.DS
Sensor Placement Strategies for Some Classes of Nonlinear Dynamic Systems via Lyapunov Theory
研究了几类非线性动态系统的传感器配置问题。结合混合整数规划，经典的李雅普诺夫为基础的参数被用来找到最小的传感器配置，可以观察到的NDS内部状态，同时仍然优化一些估计指标。本文的方法基于两个阶段。第一阶段假设包含的非线性属于以下函数集分类之一：有界雅可比、Lipschitz连续、单侧Lipschitz或二次内界。为了参数化这些分类，基于随机点和基于区间的最优化方法的两种方法进行了探索。给定的参数化，第二阶段制定的传感器布局问题的各种NDS类通过混合整数凸规划。然后给出了传感器布置的理论最优性以及状态估计器设计。对交通网络模型的数值测试表明，所提出的方法产生的传感器的位置，是符合传统的智慧交通理论。
2019-12-28 cs.SY eess.SY math.OC
Proximal algorithms for large-scale statistical modeling and sensor/actuator selection
Ming Hsieh Department of Electrical and Computer Engineering, University of Southern California（南加州大学明希赫电子与计算机工程系）；Numerica Corporation（Numerica公司）
本文提出了一种统一的近端算法框架，用于解决大规模系统建模与控制中的正则化半定规划问题，通过近端方法实现了对统计建模和传感器/执行器选择的高效处理，展示了算法的线性收敛性和有效性。
2019-12-26 cs.AI cs.LG cs.SY
Minimal Structural Perturbations for Network Controllability: Complexity Analysis
Tsinghua University（清华大学）
本文研究了网络可控性在最小链接插入、删除和顶点删除方面的计算复杂性，证明了这些操作在结构可控性下的NP难性，并探讨了最优设计网络拓扑和测量链接/执行器故障鲁棒性的问题。
2018-08-07 cs.SY eess.SY math.DS
Minimal Sensor Placement for Generic State and Unknown Input Observability
本文研究结构化线性时不变系统未知输入下的最小传感器配置问题，证明其为NP难且难近似，给出多项式时间可计算的上下界、特殊情形精确解及两阶段近似算法。
2024-08-19 cs.SY eess.SY
Contraction Metric Based Safe Reinforcement Learning Force Control for a Hydraulic Actuator with Real-World Training
本文提出基于收缩度量的液压执行器安全强化学习方法，通过真实硬件训练提升力控制性能并抑制不稳定性。
2026-02-09 cs.SY eess.SY
Storage Sizing and Placement through Operational and Uncertainty-Aware Simulations
University of Washington（华盛顿大学）
本文提出通过运营和不确定性感知模拟确定存储容量和位置，以降低可再生能源接入成本，采用启发式方法优化存储部署，通过统计分析提升存储效率。
2013-09-11 cs.SY eess.SY math.OC
Control Node Placement and Structural Controllability of Water Quality Dynamics in Drinking Networks
Cairo University（开罗大学）
本研究提出了一种结合控制与图论的方法，通过结构可控性评估优化增压站布置，以提升饮水网络中氯消毒剂的覆盖效果。
2025-12-10 cs.SY eess.SY
Resilient Non-Submodular Maximization over Matroid Constraints
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
本文研究了在传感器和执行器失效情况下，基于Matroid约束的控制与传感问题，提出了一种具有系统级鲁棒性、可扩展性和可证明近似界的新算法。
2018-12-06 cs.RO cs.SY eess.SY
Optimal Input Placement in Lattice Graphs
University of New Mexico（新墨西哥大学）
研究晶格系统控制，推导无限晶格系统的可控性格拉姆矩阵闭式表达式，并分析最近邻晶格中控制能量指标与节点距离的指数关系。
2018-08-14 cs.SY eess.SY math.CO
Optimal Sensor Placement in Lithium-Ion Battery Pack for Fault Detection and Isolation
用于运输和电网应用以及未来用于航空应用的储能系统需要提供准确诊断的能力，以确保系统的可用性和可靠性。在这样的应用中，电池组可以由数百或数千个互连的电池单元以及相关联的电气/电子硬件组成。本文提出了一种系统的方法，用于接近电池组设计的某些方面，特别是了解系统中可用于诊断策略的分析冗余度（AR）。首先，确定电池系统中固有的AR程度。然后，使用结构分析工具来研究不同的测量（电流、电压和温度）如何可以提高电池系统的监测和诊断能力。可能的传感器放置策略，使诊断个别传感器故障和个别电池故障，不同的电池组拓扑结构进行了分析。本文介绍的工作说明了如何使用最小或最优的传感器组实现所需的故障检测和隔离（FDI）功能，这是大型电池组设计中的关键步骤。
2021-02-19 cs.SY eess.SY
Pulse Width Modulation Method Applied to Nonlinear Model Predictive Control on an Under-actuated Small Satellite
针对仅靠磁力矩器控制的欠驱动小卫星，本文用GMRES求解NMPC并以PWM离散其连续控制力矩，验证了该控制系统的可行性。
2024-01-21 cs.SY eess.SY
Algorithms for Joint Sensor and Control Nodes Selection in Dynamic Networks
The University of Texas at San Antonio（德克萨斯大学圣安东尼奥分校）；The University of Texas at Dallas（德克萨斯大学达拉斯分校）
本文研究动态网络中传感器和控制节点的联合选择问题，提出最优算法和启发式方法，通过静态输出反馈稳定条件确定最小传感器和控制节点集，展示联合选择与输出反馈控制可转化为混合整数非凸问题，并提出三种方法解决非凸组合优化问题。
2019-03-07 cs.SY eess.SY math.OC
Integrating Structure, Information Architecture and Control Design: Application to Tensegrity Systems
提出了一种新的结构设计参数、作动器和传感器精度以及控制器参数联合优化的统一方法。联合优化问题是作为一个协方差控制问题，其中的可行性是通过约束的输出以及控制信号的协方差。将该方法应用于张拉整体系统的优化设计，对初始预应力参数、传感器和执行器精度以及控制律进行了联合优化。张拉整体系统动力学模型线性化的平衡点用于系统设计，其中最小值是由约束投影确保。假设反馈回路具有一个全阶动态补偿器，其特征矩阵被选为优化变量。这个非凸系统设计问题的次优解是通过使用凸化势函数迭代近似凸问题，使收敛到一个稳定点。结果表明，对于线性动力系统，近似的联合优化问题，可以制定使用线性矩阵不等式（LMI）。
2020-12-19 cs.SY eess.SY math.OC
Preview-Based Relative-Motion Control of an Insertion Tool for Neural-Thread Placement in Pulsating Tissue
Voryx Robotic LLC（沃里克斯机器人有限责任公司）
该研究针对搏动组织的神经线程放置，开发基于预览的相对运动控制器，经仿真验证可降低放置误差与接触剪切，提升QP求解可行性，在一定质量失配下保证稳定性，为后续硬件部署提供仿真基础。
2026-09-29 cs.HC cs.RO cs.SY
Optimal Inverter-Based Resources Placement in Low-Inertia Power Systems
基于逆变器的资源（IBR）到电网的集成的增加将导致连接的同步发电机的数量的相应减少，从而导致整个系统的可用转动惯量的下降。当电网中存在干扰和故障时，这可能导致明显的频偏。这种可用转动惯量的下降可以通过参与频率响应服务的快速作用IBR来补偿，通过快速注入电网或从电网移除电力。目前，网格中仍有相对较少的大型IBR。因此，IBR在系统中的位置以及逆变器配置类型和控制器将对电网的频率响应产生重大影响。在这项工作中，我们提出了一个最佳的布局算法，最大限度地利用IBR在提供频率响应服务的好处。也就是说，我们使整个系统的频偏最小化，同时使用来自IBR的最小量的电功率注入。该算法利用电阻距离将IBR放置在网络中其余节点的中心节点处，从而最小化潮流的距离。所提出的贪婪算法实现了接近最优的性能，并依赖于超模块的电阻距离。我们验证的放置算法的性能不同大小的IEEE测试系统，通过比较其性能的穷举搜索算法。我们进一步评估的IEEE测试系统上放置IBR的性能，以确定其对频率稳定性的影响。IBR被配置为电网形成模式，并配备有基于模型预测控制（MPC）的逆变器功率控制。
2022-10-28 cs.SY eess.SY
Functional Observability, Structural Functional Observability and Optimal Sensor Placement
本文提出模态函数能观性与SFO的图论刻画，证明最优传感器选择为NP难，并基于超模函数给出具有保证的多项式时间贪心近似算法。
2024-09-17 cs.SY eess.SY
Minimal Input Cardinality Disturbance Decoupling of Coupled Oscillators via Output Feedback with Application to Power Networks
Linköping University（林雪平大学）；Lund University（隆德大学）
本文研究了通过输出反馈实现耦合振荡器网络最小输入扰动解耦的问题，应用于电力网络中，提出了一种理论框架以实现扰动隔离。
2026-08-18 cs.SY eess.SY math.DS
Robust Safety for Mixed-Autonomy Traffic with Delays and Disturbances
针对混合交通中CAV的执行器、传感器时延及扰动会破坏安全保证的问题，提出鲁棒安全关键交通控制RSTC，通过带误差界的状态预测器、鲁棒CBF约束及结合观测器的预测型CBF实现鲁棒安全，仿真验证其可在两类危险场景下避免追尾。
2023-10-06 cs.SY eess.SY
Symmetries and isomorphisms for privacy in control over the cloud
云计算平台正越来越多地用于闭合反馈控制回路，特别是当使用诸如模型预测控制之类的计算昂贵的算法来优化性能时。控制算法的外包需要在控制系统和云之间交换数据，并且自然地引起对控制系统的数据的隐私的关注（例如，状态轨迹、控制目标）。此外，任何强制隐私的尝试都需要增加最小的计算开销，以避免降低控制性能。在本文中，我们提出了几种基于转换的方法来加强数据隐私。我们还量化了所提供的隐私量，并讨论了当对手可以访问侧知识时会丢失多少隐私。我们解决了三种不同的情况：a）云不知道被控制的系统; b）云知道系统使用什么传感器和执行器，但不知道系统动态; c）云知道系统动态，它的传感器和执行器。在所有这三种情况下，所提出的方法允许在不损害私有信息的情况下控制云（哪些信息被认为是私有的取决于所考虑的情况）。
2019-06-18 cs.CR cs.SY eess.SY
Minimal Reachability Problems
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
本文研究了线性时不变系统中最小 actuators 的可达性问题，提出零一对角输入矩阵 B 的构造方法，证明前两个问题为 NP 难，并提供多项式时间算法及性能验证。
2017-08-15 cs.SY eess.SY
Optimal Control of Legged-Robots Subject to Friction Cone Constraints
提出了一种用于腿式机器人节能控制的分层控制结构，该结构受到各种线性/非线性不等式约束，如库仑摩擦锥、切换单边接触、致动器饱和限制，并且最小化关节致动器中的功率损耗。控制公式可以将非线性摩擦锥约束纳入控制中，而无需求助于约束的常见线性近似或引入松弛变量。引入了一个性能指标，允许权衡的多个约束，否则找到一个最佳的解决方案是不可行的。此外，基于投影的控制器不需要最小阶动力学模型，因此允许切换接触，这对腿式机器人特别有吸引力。导出的约束惯性矩阵的基本性质与系统的一般惯性矩阵的基本性质相似，这些性质可用于控制设计。将具有最小（逐点）功耗的任务空间控制问题转化为一个二次约束二次规划（QCQP）问题，该问题可以用障碍法求解。
2022-08-04 cs.SY eess.SY
Discrete-Time Linear Dynamical System Control Using Sparse Inputs With Time-Varying Support
本文针对网络化控制系统中稀疏输入约束下的线性系统控制问题，提出稀疏执行器调度算法及最小化平均控制能量的扩展，并开发基于卡尔曼滤波的稀疏控制器，理论分析与仿真验证其性能接近完全驱动系统。
2025-06-23 cs.SY eess.SY
The Principal Fiber Bundle Structure of the Gimbal-Spacecraft System
Systems and Control Engineering, Indian Institute of Technology Bombay（印度孟买理工学院系统与控制工程学院）
本文从几何力学角度分析三轴仪-航天器系统，揭示其几何结构及控制设计基础，为后续控制方法提供理论支持。
2017-06-22 cs.SY eess.SY
