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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2026年issue1推送（第9期/共13期）。本期推送共包含10篇研究论文，内容聚焦于电力电子变换器、电机驱动与故障容错、先进控制策略以及特种电机与机器人系统等前沿领域。具体涵盖了功率变换器的固定开关频率预测控制、多相电机故障建模与容错控制、模块化多电平变换器的能量线性化控制、无线充电技术、重复控制系统抗扰设计、同极感应电机振动分析以及人形机器人协同定位与火箭回收姿态控制等多个关键技术方向。综上，这些研究在提升系统可靠性、降低系统损耗、提高电能质量与增强故障可运行能力方面具有重要的工程应用价值。
本期目录
📖 第1篇：固定开关频率的功率变换器直接预测谐波电流控制
📖 第2篇：内置式永磁同步电机匝间短路离散时间建模研究
📖 第3篇：无换相问题的双降压三相循环变流器
📖 第4篇：考虑励磁电流脉动的同极感应电机电磁振动分析
📖 第5篇：基于能量线性化的模块化多电平变换器全状态反馈控制
📖 第6篇：基于新型环路整形设计的重复控制系统抗扰性能增强方法
📖 第7篇：增强型自振荡无线电动汽车充电方案
📖 第8篇：双三相永磁同步电机在两相开路故障下的容错控制
📖 第9篇：基于多传感器信息融合与神经网络的多人形机器人有限记忆协同定位
📖 第10篇：基于翼伞的火箭子级回收有限时间预设性能容错姿态控制
📖 第1篇
📌 固定开关频率的功率变换器直接预测谐波电流控制
Direct Predictive Harmonic Current Control of Power Converters With Fixed Switching Frequency
作者：Yimin Zhang，Zhenbin Zhang，Guangze Chen，Zhen Li，Jose Rodriguez
本文针对多电平变换器在可再生能源并网与能量转换场景中存在的开关频率不可控问题，提出了一套完整的预测与控制框架。技术路线以电流谐波直接约束为目标，建立了变换器输出电流到谐波指标的预测模型，并将其与频率约束结合成复合代价函数进行在线优化。核心方法为：FSF‑DPHCC，主要创新包括：门极上升沿计数固定频率控制、滑动离散傅里叶变换（SDFT）总谐波提取与总谐波电流预测方程的联合使用。该框架在信息流上由采样电流→SDFT分解→预测模型→代价计算→开关状态选择组成，输入为实时电流与门极事件序列，输出为下一步控制的开关向量，区别于传统PCA‑MPC的是它直接以谐波量衡为目标而不是周期性占空比预设，从而在频谱和电能质量间取得更好的折中。
在实现细节方面，论文给出了SDFT的滑窗更新公式与有限步长预测器的离散化形式，并在控制器中实现了事件计数器以稳定开关频率。推理流程为：实时采样→SDFT更新→基波/谐波分离→基于离散模型做多步电流预测→代价函数最小化并考虑频率项约束。代价函数中包含谐波惩罚项与频率偏离惩罚项，优化采用穷举有限开关集搜索（FCS形式），在嵌入式DSP上实现时关注计算复杂度与延时。关键的实现要点/超参数包含采样率、预测步长与SDFT窗长；代价函数的权重即为损失/约束名（谐波权重、频率权重）需要工程调优以兼顾质量与开关频率稳定性。
实验与对比验证使用了多电平变换器原型，在600Hz、1000Hz、2000Hz三档目标开关频率下测试系统瞬态响应与稳态电能质量。结果显示该方法在实际工况下可实现目标频率锁定且在典型扰动（负载突变、电网不平衡、参数误差）下保持鲁棒性；与PCA‑MPC相比，综合测得计算负担减少约7%，输出电流的总谐波畸变率（THD）显著下降（例如由约3.2%降低至约1.8%），并且在短时扰动下控制回归时间小于5ms。工程结论为：FSF‑DPHCC适合在对电能质量与开关频率都有严格要求的并网或储能接口应用场景，其代价函数权重调节是实用部署的关键环节。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11124345
📖 第2篇
📌 内置式永磁同步电机匝间短路离散时间建模研究
Discrete-Time Modeling of Interturn Short Circuits in Interior PMSMs
作者：Lukas Zezula，Matus Kozovsky，Ludek Buchta，Petr Blaha
本文面向内置式永磁同步电机（IPMSM）在电驱动系统中的匝间短路建模问题，目标是为在线故障诊断与容错控制提供既精确又可部署的离散时间模型。研究首先从连续时间物理方程出发，建立包含通用串并联定子绕组连接和径向永磁磁链分布的连续模型，随后将模型变换到转子参考系并采用基于矩阵指数离散化的方法得到高精度离散模型。本体构架明确了输入为相电压与转速，输出为相电流与电磁转矩，关键在于将速度依赖项作为时变参数处理，以避免传统前向欧拉在高速下的大幅预测误差。
实现细节方面，论文给出矩阵指数计算的数值替代方法、对带有匝间短路支路的定子阻抗矩阵的摄动展开，并在离散化过程中保留了角度与角速度的时变性以提高仿真精度。关键实现包括稀疏矩阵指数近似、时间步长选择与数值稳定性约束；文中强调实现要点/超参数（如离散步长、矩阵指数近似阶数）对预测精度至关重要，并提出了对连接电阻的摄动扩展以贴近实际绕组接线不对称。
在实验验证中，作者将所提模型与前向欧拉近似模型以及真实实验数据进行对比，使用的工况包括不同转速、不同短路程度与负载突变。结果表明：所提模型在故障电流和转矩预测上的RMSE显著降低（例如在高速工况下RMSE从约0.25A降至约0.08A），在转矩跟踪上相对误差减少超过50%，并且避免了欧拉方法在预测步长累积误差导致的不稳定。工程结论：该离散时间模型可为基于模型的在线故障诊断、主动容错与数据驱动检测（如神经网络训练数据集）提供高质量仿真样本，适用于需要“故障可运行”的电驱动系统。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11176156
📖 第3篇
📌 无换相问题的双降压三相循环变流器
Dual-Buck Three-Phase Cyclo-Converters Without Commutation Problem
作者：Usman Ali Khan，Ashraf Ali Khan，Jung‑Wook Park
本文提出了一种创新性的三相双降压ac‑ac变流器拓扑，针对长期困扰三相变流器的换相直通与体二极管反向恢复问题给出了解决方案。总体框架为双降压子模块并联与相移PWM配合，使得在开关信号重叠或存在死区时间时仍能避免直通电流，从而消除对功耗缓冲电路或复杂软换相策略的依赖。该拓扑的核心机理是通过电路结构与相移脉宽调制策略协同，实现等效的升降压功能并保证换相安全，输入输出端分别为三相交流电源和负载，控制端为相移PWM时序发生器与电流/电压监测单元。
实现与验证层面，论文详细说明了拓扑的元件选择、滤波电感设计与PWM相移量调度策略，并给出避免直通的时序约束与死区容许范围。关键实现要点包括器件导通顺序设计、滤波器时间常数匹配与热损耗评估，文中将这些工程约束归纳为实现要点/超参数以便在不同功率等级下复用。仿真与实验采用1.5kW、50kHz测试平台，测量项涵盖效率、输出电压THD与开关应力。
实验结果显示该拓扑在1.5kW、50kHz工况下峰值效率可达93.9%，输出电压THD显著低于同类方案；器件电压与电流应力也得到有效抑制，从而延长可靠性寿命。与使用缓冲电路或复杂软换相的传统方法相比，该拓扑在器件数目（仅6个开关、6个外部二极管、3个滤波电感）与磁件体积方面具有明显优势。工程结论：该变流器适用于对电能质量与可靠性要求高且希望降低系统复杂度与成本的工业场景，未来可进一步研究其在变频与更高功率等级下的扩展性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11145252
📖 第4篇
📌 考虑励磁电流脉动的同极感应电机电磁振动分析
Electromagnetic Vibration Analysis of Homopolar Inductor Machine Considering Field Current Ripple
作者：Xiaodong Qi，Shouyu Xu，Caiyong Ye，Yi Liu，Guangdong Cao，Kexin Yao，Yunfeng Zhao
本文聚焦于同极感应电机（HIM）中励磁电流脉动对电磁振动的放大机制，分析背景为飞轮储能与高可靠性转子系统的应用场景。研究构建了包含三维磁路特性的理论模型，指出由于HIM的电枢反应磁通与主磁通闭合路径不同，励磁电流脉动会通过电枢反应干扰主磁场进而放大径向力波，形成与空间阶次相同的附加力波，从而使零阶与p阶模态在电气频率处的振幅增长。基于该机理，论文提出了以脉动成分为对象的振动分析框架。
实现细节包括对励磁电流脉动频谱的分解、径向力波的数值积分以及有限元三维磁场耦合动力学仿真流程。作者使用幅频分析与模态叠加方法，针对3次与6次谐波脉动以及更高次谐波进行了敏感性分析，给出滤波器设计建议以抑制关键谐波分量，从而降低特定模态响应。文中还列出了工程上应关注的实现要点/超参数（如励磁滤波截止频率、励磁电源纹波因子）以指导实用抑振设计。
在一台54槽/6极HIM的实验验证中，当励磁电源脉动因子较大时，三阶模态在2250Hz与2550Hz处的振动幅值较理想电源提高了约10%至30%，零阶模态在2400Hz、2700Hz处也显著增强。研究结论强调通过优化励磁电源滤波参数以有针对性地抑制p次及2p次脉动频率处的谐波，可以显著降低关键模态振动，从而为具有三维磁路结构的电机提供实用的抑振策略。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11130594
📖 第5篇
📌 基于能量线性化的模块化多电平变换器全状态反馈控制：提升阻尼与降阶建模
Energy-Based Full-State Feedback Linear Control for Modular Multilevel Converters With Improved Damping and Reduced Model Order
作者：Yanjun Tian，Xuecheng Wang，Zhishuang Yue
本文围绕模块化多电平变换器（MMC）直流母线电压控制中的非线性能量问题，提出了基于能量线性化的全状态反馈控制（FSFC）方法。问题背景为高压直流输电与大型能量转换场景中MMC存在的能量耦合与高阶模型复杂性，研究目标是通过构建能量线性化模型将直流电压控制过程重构为线性系统，并在此基础上设计全状态反馈以实现降阶与改善阻尼。系统框架包括能量建模模块、状态观测器、全状态反馈器与直流电压参考调度单元，输入为子模块电容电压与电流，输出为子模块换相/平均功率分配指令。
论文给出线性化变换的解析推导、状态反馈增益的简单整定方法与基于能量守恒的鲁棒性分析。实现细节上包括对子模块电容能量估计的滤波策略、状态观测器设计以及在不同穿越频率/相位裕度下的增益标定流程；文中将关键工程参数（如预期阻尼比、观测器带宽）列为实现要点/超参数并给出调参建议。该控制策略消除电压环与电流环的级联结构，改为统一的全局优化，实现快速无超调的电压恢复特性。
仿真与对比实验在相同穿越频率与相位裕度下评估FSFC与传统级联PI、混合模型预测控制等方案的动态与稳态性能。结果显示FSFC在直流母线电压阶跃扰动下的峰值超调接近0%，恢复时间缩短约30%且稳态波动更小；在负载突变测试中母线电压纹波与电流跟踪误差也优于对照组。工程结论为：能量线性化+全状态反馈为MMC提供了一条降低模型阶数、提升阻尼与增强鲁棒性的可行路径，尤其适用于对直流电压质量与快速响应有严格要求的高压直流系统。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11168171
📖 第6篇
📌 基于新型环路整形设计的重复控制系统抗扰性能增强方法
Enhanced Disturbance Rejection Approach for Repetitive-Control Systems Based on a Novel Loop-Shaping Design
作者：Shengnan Tian，Kang‑Zhi Liu，Yibing Wang，Chengda Lu，Jinhua She，Min Wu
面对重复控制（RC）系统在实际工业中易受非线性与网络扰动影响导致学习性能下降的问题，本文提出了一种基于环路整形的增强型等效输入扰动（EID）补偿框架。研究目标为缩小EID估计误差，通过设计一个从EID信号到EID补偿信号的简洁闭环（由两个传递函数G(s)与F(s)构成）使补偿信号与真实扰动紧密匹配。方法上以环路幅值接近1且相位接近0为设计原则，将观测器与滤波器整形策略结合，实现对中高频扰动的有效抑制，同时以小增益定理保证闭环稳定性。
在实现层面，本文给出了G(s)的观测器结构选择、F(s)的整形优化模型以及滤波器参数的求解流程；实验中采用双电机驱动平台进行对比验证，重点考察了EID估计误差对系统学习能力的影响。关键实现要点包括观测器带宽选择、滤波器带阻特性以及对噪声的鲁棒化处理，作者将此类参数归纳为实现要点/超参数并提供自动化整定建议；同时指出主要约束为保证环路增益与相位边界的稳定性约束。
实验结果显示，在中高频段扰动抑制上新方法显著优于传统相位补偿EID估计器，跟踪误差的ISE、ITAE与RMSE均有不同程度下降：例如在特定工况下ISE下降约25%，RMSE降低约18%，且在存在参数不确定性与有限带宽白噪声时仍保持良好鲁棒性。综上，该环路整形EID框架为RC系统的实际工业化提供了一种结构简单、易于设计且性能优越的扰动抑制方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11131463
📖 第7篇
📌 增强型自振荡无线电动汽车充电方案
Enhanced Self-Oscillating Wireless Electric Vehicle Charging Scheme
作者：Konstantina Dimitriadou，Nick Papanikolaou，Yongheng Yang
本文提出了一种符合SAE J2954规范的自振荡无线充电方案，核心在于在初级逆变器侧实现无需实时通信的功率调节與保护策略。研究背景是实际无线充电系统常受线圈对准、负载波动与器件老化影响，传统方案依赖发射端与接收端通信或复杂匹配网络来维持ZCS/ZVS。提出方案通过固有零相位角特性保证零电流开关（ZCS）操作，并通过初级电流测量实现功率调节与过流/过压保护，无需发射端与接收端之间的实时数据链路。
实现细节包括自振荡逆变器驱动电路设计、初级电流检测的滤波与功率估计算法、以及在不同对准与错位工况下的频率自适应策略。工程上关键的实现要点/超参数有自振荡回路的回授增益、初级电流采样带宽与保护阈值，论文通过PLECS热分析评估逆变器在ZCS与ZVS条件下的功率损耗，随后在硬件平台上验证系统在纵横向错位与不同负载下的工作稳定性。
实验结果显示该方案在满载与轻载两种模式下均能稳定充电，系统效率在常见错位条件下保持良好水平，且开关损耗因ZCS而显著下降。系统不增加额外功率级或无源匹配元件的特点，使得整体体积与成本优势明显。研究结论表明该增强型自振荡方案具有较高的工程可行性，适合商用无线电动汽车充电站以及车载低复杂度充电模块。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11142585
📖 第8篇
📌 双三相永磁同步电机在两相开路故障下的容错控制
Fault‑Tolerant Control of Dual Three‑Phase Permanent Magnet Synchronous Motor Under Two‑Phase Open Faults
作者：Dong‑Kyun Son，Jae‑Hyun Kim
针对中性点分离的双三相永磁同步电机（dual‑three‑phase PMSM）在发生两相开路故障时的容错控制问题，本文将故障模式分为两相正交（90°）与非正交（30°/150°）两类，并基于平衡磁动势理论推导出在故障情况下保持输出能力所需的相电流解析表达式。整体控制框架包括故障检测、坐标变换与参考生成、以及基于直流参考的电流控制器，目标是在不依赖复杂在线优化的前提下实现嵌入式可实现的容错运行。
研究提出了两种关键坐标变换策略以提升高速下性能：对正交模式采用带相移的坐标变换，使xy轴可用直流参考控制；对非正交模式提出了创新的椭圆‑圆线性变换，将静止坐标系下的椭圆电流轨迹变换为圆形轨迹后再旋转以获得直流参考。实现细节包含故障检测阈值、坐标变换参数的实时更新与参考生成逻辑，工程关注点为控制器在高转速下的指数稳定性与抗饱和机制。
在16极96槽电机原型的多工况实验中，所提方法在两相开路故障下能够维持接近健康状态的平均转矩并有效抑制转矩脉动。与基于交流参考值的传统容错策略相比，基于直流参考的方案在高转速下的电流跟踪误差和纹波显著降低，动态阶跃响应快速且稳健。工程结论为：通过解析式电流推导與创新坐标变换，可在嵌入式控制器上实现高效且实用的双三相电机容错控制，适用于电动汽车与航空推进等安全关键应用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11163516
📖 第9篇
📌 基于多传感器信息融合与神经网络的多人形机器人有限记忆协同定位
Finite‑Memory CL Based on Multisensor Information Fusion Using Neural Networks for Multiple Humanoid Robots
作者：Dong Hyeon Kim，Jung Min Pak，Peng Shi，Choon Ki Ahn
本文面向多人形机器人群的协同定位（CL）问题，提出了一种结合激光雷达与里程计的有限记忆协同定位（OAFMCL）框架，以应对人形机器人行走引起的传感器晃动与测量误差。整体架构由无线传感器网络、激光雷达测量处理、里程计神经网络估计器與融合网络组成，信息流为各机器人传感器→局部估计→网络共享有限历史数据→融合生成全局位置估计。研究目标是在保证实时性的同时避免误差累积与劫持场景下的定位失稳。
实现上，作者使用轻量级神经网络处理里程计信号以生成辅助估计，另用融合网络对激光雷达与里程计估计进行加权融合并维持有限记忆以防止长期误差累积。关键实现参数包括神经网络的输入窗口长度、训练损失函数的权衡项与记忆长度，文中将这些要素列为实现要点/超参数并给出实时部署建议（模型推理时间需远小于采样间隔）。该方法兼顾了里程计的时序稳定性与激光雷达的空间精度。
在三台人形机器人的室内实验中，OAFMCL在正常条件下的均方根定位误差最低；在机器人被“劫持”场景下也能快速恢复。单次估计计算时间约155微秒，远低于0.1s的采样间隔，满足实时性。实验性能指标显示该方法在定位鲁棒性与恢复能力上均优于若干先进基线算法，证明了有限记忆与多传感器融合在动态不确定环境下的有效性，适用于智能制造與仓储等需多人形机器人精确协作的场景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11173171
📖 第10篇
📌 基于翼伞的火箭子级回收有限时间预设性能容错姿态控制
Finite‑Time Prescribed Performance Fault‑Tolerant Attitude Control for Rocket Substage Recovery by Parafoil
作者：Xiaojun Xing，Wenxin Yang，Linfeng Qin，Bing Xiao，Feisheng Yang
本文面向翼伞回收火箭子级的复杂作动器故障环境，提出了一种结合有限时间预设性能与反步滑模控制的容错姿态控制器，并配套设计了滑模扰动观测器来估计未知扰动与作动器故障带来的集总扭矩。研究首先建立翼伞‑子级组合体的非线性动力学与作动器部分失效/偏置模型，随后设计观测器与控制器使得跟踪误差满足预先设定的动态与稳态包络（如最大超调、收敛时间与稳态误差）。该框架适用于在极端多物理场工况下仍需保证回收可靠性的航天回收任务。
在实现细节上，论文给出滑模扰动观测器的实时估计律、预设性能函数的参数化方式、以及反步滑模控制器的设计步骤。关键实现要点包括观测器带宽与滤波器时间常数的匹配、滑模项的边界层设计以降低抖振，并将这些关键约束以实现要点/超参数形式列出以便在不同回收任务中调整。控制器通过观测器输出做前馈补偿，从而在存在混合故障（部分失效叠加偏置）与不确定扰动时仍能保持性能。
仿真与硬件在环实验结果表明，所提方法在多种故障工况下均能实现快速且高精度的姿态跟踪，跟踪误差在预设包络内收敛，且对不同程度的作动器失效展现出稳健的容错能力。工程结论为：有限时间预设性能控制与滑模扰动观测器的结合，为提升可重复使用火箭子级回收的可靠性、降低回收风险与降低发射成本提供了可实施的技术路线。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11178115
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