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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2026年issue2推送（第12期/共18期）。本期推送共包含10篇研究论文简介，内容聚焦于电力电子变换器拓扑与控制、先进电机驱动技术、精密运动控制以及智能传感与状态估计等前沿领域，同时涵盖数据驱动控制、模型预测控制与谐振变换器设计等方法论方向。上述研究从质子交换膜燃料电池热管理到高增益谐振变换器，再到磁屏蔽与多轴轮廓控制，展现了工业电子领域在提升系统效率、精度与鲁棒性方面的最新研究成果。本期的研究成果对于推动电动汽车、医疗影像、精密制造与智能机器人等应用具有重要的工程参考价值与产业化潜力。
本期目录
📖 第1篇：基于广义数据驱动预测控制的质子交换膜燃料电池分层最优温度调控
📖 第2篇：具备对称运行特性的高转换比无纹波双向四分之一桥谐振DC/DC变换器
📖 第3篇：基于低电容倍压整流LCC变换器的高精度基波建模与参数设计
📖 第4篇：磁屏蔽筒高精度非线性空间梯度扰动抑制方法
📖 第5篇：基于在线增强牛顿-鲁棒重复学习补偿的磁悬浮平面电机高精度三轴轮廓控制
📖 第6篇：基于本体感知传感器的四足机器人混合实时状态估计
📖 第7篇：交错式DC-DC升压转换器的混合鲁棒相电流均衡控制
📖 第8篇：基于河马优化算法的集成球关节非线性摩擦辨识与补偿
📖 第9篇：基于三元偏导成本函数的三电平NPC逆变器驱动永磁同步电机改进调制模型预测控制
📖 第10篇：降低电流源逆变器谐波失真与共模电压的改进调制策略
📖 第1篇
📌 基于广义数据驱动预测控制的质子交换膜燃料电池分层最优温度调控
Hierarchical Optimal Temperature Regulation for PEMFCs via Generalized Data-Enabled Predictive Control
作者：Haisong Xu，Yujie Yang，Zheng-Guang Wu，Hongye Su，Lei Wang
本文针对质子交换膜燃料电池（PEMFC）在车辆等动态工况下对温度管理的高要求，提出了一套分层式的最优温度调控框架，旨在在保证**输出功率**与**寿命**的前提下实现安全运行。总体系统由上层的最优温度决策单元与下层的实时跟踪控制单元构成，上层基于极化曲线与离线最大功率点标定结合在线的湿度/阻抗反馈进行策略调整，下层采用无需显式模型的数据驱动预测控制以实现对温度的快速响应。关键方法为广义数据驱动预测控制，其主要创新包括在线湿度反馈保护、自适应遗忘因子历史滤波与包含误差导数的广义代价函数等，这些创新允许系统在复杂工况下动态调整最优温度点，从而在安全性与效率之间取得更好平衡。
在实现细节上，GDeePC模块采用历史运行数据构建预测矩阵，并通过加入自适应遗忘因子对过往数据加权以抑制旧数据的误导影响；优化问题中引入的代价函数包含二范数跟踪项与误差导数项，并对输入与输出施加实际约束以保证可实现性。求解器以实时二次规划为基础，并结合滑动窗口的数据更新策略以保证计算复杂度可控。为提高鲁棒性，系统还设计了噪声惩罚项与软约束，关键实现要点包括在线数据自适应更新与带噪声鲁棒化的代价函数，这些措施使GDeePC在实际部署时兼顾收敛速度与计算资源。
实验在硬件在环（HIL）半物理平台上完成，比较对象包括PID、MPC与标准DeePC。评价指标覆盖跟踪误差、超调量、稳态偏差与鲁棒性。结果显示：在参考温度频繁变化场景下，GDeePC将平均跟踪误差控制在0.0674°C以内，平均超调量低至0.0764°C；在风速变化与测量噪声扰动下，系统仍维持良好性能并有效避免膜干涸或水淹等故障。综合分析表明，该分层策略在提升工作效率、降低故障风险方面具有显著工程价值，适用于对温度精度与安全性要求高的移动燃料电池系统。
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📖 第2篇
📌 具备对称运行特性的高转换比无纹波双向四分之一桥谐振DC/DC变换器
High-Conversion Ratio Rippleless Bidirectional Quarter-Bridge Resonant DC/DC Converter Featuring Symmetric Operation
作者：Hamid Raheem，Dongok Moon，Min-Yeong Choi，Min-Jae Kim，Minsung Kim
本文聚焦于汽车与储能场景中低压电池与高压母线之间的高增益双向能量传输问题，提出了一种新型的四分之一桥谐振DC/DC拓扑并配套对称运行策略，目标是在宽电压范围内实现高转换比、低纹波与高效率的双向变换。系统框架结合低压侧的有源钳位推挽与高压侧的四分之一桥谐振单元，输入输出之间通过变压器耦合；在不同功率流方向下通过切换工作模式实现对称波形。核心机制为对称运行拓扑设计，其主要创新包括低压侧占空比固定为0.5、有源钳位推挽结合谐振结构与无纹波电流输出。
实现细节涵盖占空比配置、变压器匝比选择、谐振电感与电容的尺寸折中以及软开关条件（ZVS/ZCS）的保证。论文通过理论推导与电路等效分析明确了在不同电压比下，如何通过占空比=0.5策略与有源钳位动作避免高频纹波并维持变压器励磁电流的期望路径；此外，针对反向模式提出了谐振电感小型化设计约束以缩减器件体积并优化热分布，部署要点包括散热设计与开关同步驱动策略。
为验证设计，作者构建了1 kW原型（低压侧36–60 V，高压侧600 V）并在正反向工况下测试。实验指标显示峰值效率在正向与反向分别达到95.82%与95.93%，实现了软开关（ZVS/ZCS）并显著降低了低压侧高频电流纹波；体积与磁芯选型较传统拓扑有明显优势。实验结论表明，该拓扑在电动汽车与储能双向变流器应用中具有较强的工程适配性，尤其适合追求高效率与无纹波电流的电池友好型场景。
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📖 第3篇
📌 基于低电容倍压整流LCC变换器的高精度基波建模与参数设计
High-Precision Fundamental Harmonic Modeling and Parameter Design of Low-Capacitance Voltage Doubler-Based LCC Converter
作者：Zhennan Zhao，Cheng Wang，Jingzhe Li，Xiongfeng Fang，Liqun He，Lei Li，Shengfang Fan
面向医疗影像X射线高压电源的快速响应需求，本文系统分析了低输出电容会参与谐振并影响VDR-LCC变换器工作特性的机理，提出了一套高精度基波分析（FHA）模型，以弥补传统建模在小电容条件下的偏差。问题定义为在输出电容接近谐振电容数量级时，如何准确预测电压增益、软开关条件与负载调节行为，并据此给出参数设计。核心方法包括对电路进行高阶等效、频域基波分解以及将输出电容的谐振效应纳入模型，主要创新点为输出电容谐振建模与闭环参数设计流程。
在实现层面，作者推导了包含输出电容参与项的基波方程，并基于该模型提出了11步的参数设计流程，流程涵盖导通角选择、整流桥数、变压器匝比与谐振参数优化等；为满足快速曝光(<200 μs)与低电压纹波(<10%)的约束，设计中对输出电容取值范围进行了量化讨论（700–2300 pF），并对瞬态响应与电压纹波约束进行了权衡分析。部署要点涉及谐振阻尼与开关同步以保证软开关与可靠的脉冲形态。
论文通过42 kW/140 kV原型机验证，结果显示采用FHA模型后，80–140 kV脉冲电压区间内输出电压精度提升约30%，稳态误差降低约50%，同时明显改善了相邻脉冲的波形重复性。关键实验指标包括脉冲上升时间、峰值误差与重复性评估，结论表明该高精度建模与参数化设计对X射线电源的工程实现具有显著促进作用，且可推广到其他高压谐振变换器的动态优化设计。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11212782
📖 第4篇
📌 磁屏蔽筒高精度非线性空间梯度扰动抑制方法
High-Precision Nonlinear Spatial Gradient Disturbance Suppression Method for Magnetic Shielding Cylinder
作者：Haifeng Zhang，Zhongxiang Jing，Fengwen Zhao，Xiangyang Ye，Suhang Li，Yunyang Lian，Gang Liu
针对医院环境中单开口磁屏蔽筒（MSC）内部受到外部谐波磁场干扰、且呈现非线性轴向梯度分布的问题，本文提出了一种从线圈设计到控制策略一体化的高精度抑制方法。系统采用多对鞍形线圈阵列，通过优化各对线圈电流比例来生成可调的非线性梯度场，以精确匹配MSC内部的扰动分布。问题聚焦在如何用工程可实现的线圈与控制器实时抑制低频与谐波成分，核心贡献为非线性梯度线圈设计与PIRC-LESO复合控制器的联合应用。
在实现上，线圈阵列通过优化电流比例形成基函数组合，控制器部分将PI用于快速低频响应、重复控制（RC）用于周期谐波抑制，同时引入线性扩张状态观测器（LESO）用于扰动估计与前馈补偿。关键实现要点包括电流分配优化、重复控制器的谐波匹配与LESO扰动估计增益设计，这些设计确保了系统在实时变化的医院电磁环境中具有良好的适应性。
实验采用主动磁场扰动抑制平台，在与传统线性梯度线圈+PI-LESO对比下，提出方法将磁场扰动峰峰值从42.0 pT降低至6.9 pT，平均性能提升约20.75%。此外，MCG信噪比得到显著提高，说明该方法在提高心磁测量精度方面具备重要的临床应用价值与工程可行性，适用于复杂电磁干扰环境下的高精度生物磁测量。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11220881
📖 第5篇
📌 基于在线增强牛顿-鲁棒重复学习补偿的磁悬浮平面电机高精度三轴轮廓控制
High-Precision Triaxial Contouring Control for Magnetic Levitation Planar Motor Based on Online Enhanced Newton-Robust Repetitive Learning Compensation
作者：Junchi Li，Mingyi Wang，Minghong Liu，Chengming Zhang，Liyi Li
在高精度多轴轮廓加工场景中，磁悬浮平面电机（MLPM）以其高速与高加速度能力成为优选平台，但强耦合与高度非线性使得三轴轮廓跟踪充满挑战。本文提出了一种将增强型牛顿轮廓误差估计与鲁棒重复学习补偿相结合的在线控制框架：前者用于在高曲率轨迹下快速准确估计轮廓误差，后者以PD+相位超前的学习律提高学习带宽并在线补偿周期性误差，从而实现持续运行下的高精度轮廓控制。
实现细节包括：采用Steffensen加速的牛顿迭代以提高误差估计收敛性，重复学习补偿器集成PD控制与超前相位补偿以拓展学习带宽，并引入MIMO LESO以抑制自由度间的低频串扰与推力波动。关键实现要点为牛顿收敛加速与在线不重置的重复学习机制，这些设计使得控制器既能处理瞬态高曲率，也适合连续加工环境。
实验在门式结构的MLPM平台上进行，比较对象包括传统交叉耦合控制与轴独立的MIMO LESO控制。结果表明，在高速大曲率的空间五边形轨迹测试中，提出方法在轨迹轮廓误差与最大跟踪偏差两项指标上均优于基线，尤其在变曲率段落，系统实现了显著降低的轮廓误差与更平顺的跟踪响应，证明该方法在高端精密加工中的实用价值与工程适配性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11215865
📖 第6篇
📌 基于本体感知传感器的四足机器人混合实时状态估计
Hybrid Real-Time State Estimation for Quadruped Robots With Proprioceptive Sensors
作者：Wanlei Li，Yang Liao，Xiaogang Xiong，Chen Li，Yunjiang Lou
在外部感知受限或失效的退化环境下，四足机器人对基于本体感知的高精度实时状态估计有着迫切需求。本文提出一种将误差状态卡尔曼滤波器（ESKF）与基于超螺旋算法的状态与扰动观测器（STA）耦合的混合估计框架，系统输入为IMU、关节编码器与MPC估算的足端力，输出为姿态、位置与外部扰动估计。核心机制是通过ESKF与STA的双向信息流实现互补：ESKF提供高频噪声抑制，STA在线重构集合扰动并反馈以补偿滤波估计偏差，关键方法为ESKF-STA协同估计。
实现细节包括：ESKF用于误差状态的线性化滤波，STA采用鲁棒超螺旋观测器对动力学未知扰动进行非线性估计；两者通过观测到的扰动估计实现实时闭环补偿。关键实现要点为观测器增益调参与扰动注入补偿策略，在计算复杂度上，算法采用紧凑状态表示与固定步长更新以保证在实时控制循环内可运行。
在AlienGo平台上的仿真实验与室内场景试验表明，与标准ESKF与IEKF相比，该混合框架在位置与姿态估计上具有显著优势：室内实验中位置绝对轨迹误差平均降低约65%，姿态误差降低约54%。此外，系统在打滑、不平坦地形与外力扰动场景下保持稳定，证明了该方法在无外部传感器条件下实现鲁棒导航的工程可行性，适用于救援、仓储等感知受限环境。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11217340
📖 第7篇
📌 交错式DC-DC升压转换器的混合鲁棒相电流均衡控制
Hybrid Robust Phase Current Balancing Control for Interleaved DC–DC Boost Converters
作者：Shivam Chaturvedi，Mengqi Wang，Shahiz Aziz Khan，Duc-Dung Le，Guilherme V. Hollweg，Wencong Su
针对交错式升压转换器在高功率场景下常见的相间电流不均问题，本文提出一种结合PI与积分滑模（ISM）的混合鲁棒相电流均衡控制策略，目标是在不增加每相电流传感器的前提下实现鲁棒均衡。系统总体结构以PI作为主电压环控制器，ISM生成用于相间均衡的非线性控制分量，核心创新在于通过混合控制律同时抑制匹配不确定性与避免放大非匹配参数变化。
实现要点包括仅以输出电压和输入源电流作为测量输入，通过观测器或估算方法得到相间差值并由ISM进行补偿；关键实现要点為无相电流传感器设计與ISM非线性律参数调节，在控制器实现上还对开关频率、死区时间与采样延迟进行了鲁棒性分析以保证在动态负载下的稳定性与均衡效果。
仿真与实验在显著相位电感失配（如将一相由66 μH调整至100 μH）以及动态负载扰动条件下验证该方法。实验结果显示，在上述不利条件下系统仍能实现稳健的相电流均衡，并显著降低因电流不均带来的热应力和效率损失。工程结论是该方法可无缝集成到现有电压环控制器中，为可再生能源并网、电动汽车与高可靠电源系统提供经济且鲁棒的相电流均衡方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11192098
📖 第8篇
📌 基于河马优化算法的集成球关节非线性摩擦辨识与补偿
Identification and Compensation for Nonlinear Friction of Integrated Spherical Joint Based on Hippopotamus Optimization Algorithm
作者：Shen’ao Li，Qunjing Wang，Yan Wen，Qian Zhang，Guoli Li，Qiubo Ye
针对集成球关节在低速运动中表现出的非线性摩擦、迟滞与振动问题，本文提出基于河马优化算法（HPO）的摩擦模型辨识与基于反步自适应滑模控制（BASMC）的补偿策略。研究首先通过简化动力学获得稳态速度-摩擦曲线，随后采用多种优化算法对比并选用河马优化以获得更稳健的静态参数辨识，核心创新为将HPO双子群策略引入摩擦模型参数辨识并与LuGre动态摩擦模型的辨识耦合。
实现过程中，对预滑动区域进行线性化并等效为二阶系统以识别LuGre动态参数，辨识阶段的关键实现要点包括河马优化收敛控制與LuGre模型参数化，控制器方面采用反步设计结合自适应滑模来实现前馈预测与反馈鲁棒补偿，设计上特别关注低速（0.5°/s与1°/s）下的爬行与振荡抑制问题。
在球关节实验平台的正弦与低速三角波跟踪测试中，BASMC相较于传统PI、基于LuGre的PI以及常规滑模，在均方根跟踪误差上表现最优，尤其能有效抑制迟滞、爬行與振动。实验显示在低速三角波测试中，BASMC的误差波动明显更小且响应更平顺；仿真进一步表明在温度扰动、负载变化与传感器噪声下，控制器仍能保持良好鲁棒性。总体结论是该辨识+补偿方案为集成球关节的工业化应用提供了切实可行且稳健的技术路径。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11214220
📖 第9篇
📌 基于三元偏导成本函数的三电平NPC逆变器驱动永磁同步电机改进调制模型预测控制
Improved Modulated Model Predictive Control for Three-Level NPC Inverter-Fed PMSM Drive With Ternary Partial Derivative-Based Cost Function
作者：Guoqian Sun，Chun Gan，Chong Zhang，Ronghai Qu，Shuanghong Wang，Jianbo Sun
本文针对三电平NPC逆变器在永磁同步电机驱动中的中点电压波动与控制计算复杂度问题，提出一种基于三元偏导成本函数的改进调制模型预测控制（M2PC）。研究首先通过无差拍原理将待评估矢量数量从27个降至4个，从而显著降低实时计算负担；在此基础上构建了同时考虑电流跟踪与中点电压平衡的多目标成本函数，并引入三元偏导解析求解以得到最优占空比，实现了对开关时间的精确计算。
实现细节包括成本函数中对小矢量與中矢量對中点电压影响的建模，解析求解过程中需保证所得极值是最小点，因此论文进行了充分的数学证明以保障最优性。关键实现要点涉及无差拍扇区定位與占空比解析求解，并对实时计算复杂度与控制精度之间的折中进行了工程化验证。
仿真与实验在600、1200、1800 r/min三种工况下对比传统M2PC与最优开关时间M2PC，结果显示提出方法在中点电压波动抑制与电流总谐波失真方面均优于基线，动态测试中对转速突变與反转场景的响应也更迅速稳定。结论表明该改进M2PC方法在电动汽车与工业驱动的多电平逆变器应用中能够兼顾性能与实时性，具有较高的工程实用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11180744
📖 第10篇
📌 降低电流源逆变器谐波失真与共模电压的改进调制策略
Improved Modulation Strategy for Reducing Harmonic Distortion and Common-Mode Voltage in Current Source Inverter
作者：Yupeng Wei，Dongxu Liu，Ning Wang，Xiaoqiang Guo，Pinjia Zhang，Changchun Hua
针对高功率密度电流源逆变器（CSI）在高开关频率下带来的共模电压（CMV）问题，本文提出基于谐波电荷轨迹分析的调制评估方法，并在此基础上设计了两种改进的主动零状态（AZS）调制策略（IAZS3、IAZS4），以在抑制CMV峰值的同时降低由AZS引入的开关谐波。研究问题为如何在保持CMV抑制效果的前提下，最小化开关谐波并提升输出电压质量，核心方法为谐波电荷轨迹分析与IAZS占空时间优化。
实现方面，研究量化了不同调制策略下的谐波电荷均方根值作为评价指标，并据此通过优化有源矢量占空时间来最小化该指标。关键实现点包括有源矢量占空时间优化與低调制指数下的谐波抑制策略，优化过程为解析与数值混合求解，便于在实际数字控制器中实现。
实验表明，在低调制指数（m=0.3）下，IAZS3-SVM与IAZS4-SVM将输出电压THD分别从13.53%与9.41%降低至11.45%與9.01%；在高调制指数（m=0.8）下，THD也分别优化至3.94%與3.62%。同时，所有AZS策略均能成功将CMV峰值抑制至相電壓的一半。结论是改进调制策略在实际CSI驱动应用中能同时改善谐波性能与共模电压，对高可靠性电机驱动与并网逆变器设计具有重要参考价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11210809
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