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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2025年issue12推送（第4期/共27期）。本期推送共包含10篇研究论文，内容聚焦于电力电子、电机驱动、先进控制与优化等工业电子领域的核心前沿技术，具体涵盖风力发电故障穿越控制、城市垃圾焚烧过程多目标优化、永磁同步电机故障诊断、时滞系统自抗扰控制、固态变压器谐波抑制、新型旋转变压器设计、超精密分子结建立系统、直流微电网分布式控制、机器人事件触发学习控制以及网络化运动系统抗扰增强等关键研究方向。
本期目录
📖 第1篇：电网故障下直流母线电压同步风力发电机组的控制策略
📖 第2篇：面向城市生活垃圾焚烧过程的协同动态多目标多时间尺度优化
📖 第3篇：PMSM伺服系统匝间短路故障的电流残差双归一化诊断方法
📖 第4篇：面向二阶加时滞系统的时滞惯性补偿自抗扰控制设计与分析
📖 第5篇：固态变压器中二次谐波最小化的设计权衡
📖 第6篇：基于漏磁切换原理的双定子模块磁通切换永磁旋转变压器设计
📖 第7篇：基于柔性减速机制的分子结建立系统开发与控制
📖 第8篇：直流微电网分布式二次控制：实现最优功率分配与电压恢复
📖 第9篇：具有指数跟踪性能的动态事件触发复合学习机器人控制
📖 第10篇：基于并行-级联等效输入扰动估计器的网络化运动控制系统抗扰性能增强
📖 第1篇
📌 电网故障下直流母线电压同步风力发电机组的控制策略
Control of DC-Link Voltage-Synchronized Wind Turbine Generators Under Grid Faults
作者：Zhenyan Deng，Renxin Yang，Yu Zhang，Chen Zhang，Jianwen Zhang，Xu Cai
随着可再生能源快速发展，风力发电在减少碳排放方面扮演重要角色。传统的电网跟随型控制常引发频率恶化问题，而电网形成型控制能让风力发电机组独立形成交流电压与频率。尤其是直流母线电压同步的电网形成型控制因有效控制直流母线电压受到关注。然而，该策略存在挑战：由于电容惯性小，同步环路带宽高，电压-电流级联控制环路耦合易导致失稳，单一交流电压环路虽简单稳定却缺乏固有电流限制，难以抑制瞬态过电流。故障期间斩波器钳位直流电压动态，可能引发同步丢失和功角失稳。针对此，本文提出了适用于直流母线电压同步电网形成型风力发电机组的新型故障穿越策略。核心创新包括：独立约束序网电压矢量过电流限制，无须额外电流闭环控制；设计非线性虚拟电阻直接作用于调制电压，快速抑制涌流且响应时间不超过0.01秒；利用斩波电路功率平衡能力，提出功率自发响应机制实现故障下快速稳定电压支撑。
文中对策略进行了仿真及硬件在环实验验证，均显示该方法能在多种故障类型下实现过电流限制，保持功角稳定，并在电网故障时提供无功功率支持。该策略仅需对原控制架构做最小修改，适合实际部署。与传统电流闭环控制相比，具备更佳的电流抑制与电压支撑性能，同时保留了电网形成型特性。研究还探讨了故障深度、滤波器参数及电网阻抗变化对策略有效性的影响，结果显示即使在最严重三相接地故障下，输出电流仍受控，能为故障电压提供准稳态支撑。
该策略为直流母线电压同步电网形成型风力发电机组提供了崭新的瞬态控制视角，亦为其他电网形成型应用提供重要参考。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11045285
📖 第2篇
📌 面向城市生活垃圾焚烧过程的协同动态多目标多时间尺度优化
Cooperative Dynamic Multiobjective Optimization With Multi-Time-Scale for MSWI Process
作者：Weimin Huang，Xi Meng，Junfei Qiao
城市生活垃圾焚烧（MSWI）是包含多个子系统、强非线性、随机性及时变动态行为的复杂工业过程，运行优化面临重大挑战。本文首次针对MSWI构建了多时间尺度运行优化方案，目标是同时提升能源回收效率、降低环境影响并减少运营成本。提出的协同动态优化框架整合了时间尺度分别为1小时的上层优化和10分钟的下层优化，上层聚焦燃烧与余热回收，最大化主蒸汽流量及稳定性，最小化NOx、SO₂及HCl等污染物生成量；下层则针对烟气处理，优化尿素溶液和石灰石浆液用量以减少排放。
为应对MSWI过程的随机时变特性，引入基于混合神经网络的动态响应策略，无需依赖环境规律假设，通过数据驱动代理模型映射最优帕累托解，从而应对随机环境变化。同时设计了融合随机学习模式与爆炸学习模式的双层多目标竞争群优化算法，显著提升全局与局部搜索能力与约束处理能力。
方案已在真实MSWI工厂部署测试。结果显示NOx、SO₂和HCl排放量分别降低12.72%、22.81%和15.97%；主蒸汽流量提升5.25%且稳定性提升59.62%；尿素和石灰石用量分别减少17.23%和11.74%。该研究有效提升了MSWI的运行效率与环境效益，具备重要应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11020727
📖 第3篇
📌 PMSM伺服系统匝间短路故障的电流残差双归一化诊断方法
Current Residual Double Normalization Fault Diagnosis Method for Interturn Short-Circuit Fault of PMSM Servo System
作者：Yao Rao，Wei Wang，Jie Fu，Peijuan Cui，Zaiping Zheng
永磁同步电机（PMSM）伺服系统以高精度与快速响应著称，广泛应用于工业自动化。恶劣工况下，定子绕组匝间短路故障（ISCF）高发，会引起循环电流导致局部过热及损耗加剧，甚至引发严重二次故障。因此，及时准确的在线故障诊断至关重要。传统方法受限于伺服系统动态工况，信号非周期且幅频快速变化，导致基于稳态或固定频率特征的方法效果欠佳。时间-频率分析虽可处理非平稳信号，但窗函数选择复杂、计算量大，高转速低采样率时信号丢失问题严重。
本文创新地提出了电流残差双归一化故障诊断方法（CRDN-FD），核心在于“双归一化”处理有效消除信号幅值和频率变化影响。利用线性扩张状态观测器（LESO）构建健康电机模型，计算估计电流与实测电流残差，通过负序旋转坐标系转换二次谐波分量为直流信号，抑制模型误差影响。幅值归一化以电压基值除残差，抵消转速和负载变化引起的幅值波动；频率归一化通过角度积分提取直流分量，消除频率变化影响，并结合线性插值算法提升积分精度和诊断可靠性。
实验验证该方法诊断速度快于一个基波周期，在各种稳态及动态工况（如三角波、阶跃变化）下表现出卓越鲁棒性与准确性，能有效避免误诊。采用LESO降低了对精确电机模型的依赖，提升可移植性和适用性，为工业伺服系统提供实时、可靠的故障诊断解决方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11040066
📖 第4篇
📌 面向二阶加时滞系统的时滞惯性补偿自抗扰控制设计与分析
Delay-Inertia-Compensation Active Disturbance Rejection Control Design and Analyses for Second-Order Plus Time-Delay Systems
作者：Zhenlong Wu，Bingke Jia，Bingnan Li，Yanhong Liu，YangQuan Chen
工业控制系统中广泛存在时滞现象，显著降低闭环系统稳定性与性能。本文提出适用于二阶加时滞（SOPTD）模型的时滞惯性补偿自抗扰控制（DIC-ADRC）方法，引入串联纯时滞与一阶惯性环节的补偿器。此举将SOPTD系统近似为低频积分器和纯时滞组合，增强输出信号与扩张状态观测器（ESO）输入同步性，提升扰动估计准确度，增强干扰抑制和跟踪性能。
本文提出了定量参数整定规则，控制器参数可直接从系统模型计算，降低工程设计难度。同时严格证明控制方法的闭环稳定性定理。通过仿真、双水箱实验和主蒸汽压力过程现场应用测试，DIC-ADRC显示比传统ADRC、Smith预估器及PI控制更优鲁棒性和控制性能。
在现场应用中，DIC-ADRC将控制性能指标IAE_per降低至63.9%，最大正偏差由0.87 MPa降至0.31 MPa，有效提升复杂工业环境中的控制质量。该研究为处理工业时滞难题提供了实用且易实施的控制方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11078313
📖 第5篇
📌 固态变压器中二次谐波最小化的设计权衡
Design Trade-offs of Second Harmonic Minimization in Solid-State Transformers
作者：Amin Darvishzadeh，Drazen Dujic
在配备LLC直流/直流转换器实现电气隔离的两级固态变压器中，传统采用LLC固定频率开环运行，需要大体积直流母线电容器以缓冲二次谐波，导致体积、重量与成本增加。本文提出通过闭环变频控制抑制二次谐波传播，减少了对大容量电容的依赖，核心挑战在于LLC谐振网络需满足纹波电压最小化要求，而这一点与其固有特性矛盾。
本文提出了针对LLC谐振网络的参数设计策略，在保证软开关和转换器正常性能下，优化了增益特性以满足纹波电压要求。分析了电容体积与LLC变换器设计之间的效率及功率密度权衡，并将谐波抑制能力同LLC峰值磁化电流挂钩，提出最优参数。
实验和仿真结果证明，采用优化LLC参数及变频控制后，可在保持动态性能和稳定性的条件下，将高压直流链路电容体积减少89.2%，中频变压器与电容整体体积集群减少44.3%。该方法为开发更高功率密度、更紧凑的固态变压器尤其适用于对体积重量敏感的应用场景提供了有效路径。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11075781
📖 第6篇
📌 基于漏磁切换原理的双定子模块磁通切换永磁旋转变压器设计
Design of a 2-Stator-Module Flux-Switching Permanent-Magnet Resolver With Flux-Leakage Switching Principle
作者：Wenyuan Mi，Jincheng Yu，Fei Zhao，Yifei Wang，Hang Zhao
随着电动汽车和风机对电机功率密度的需求提升，电机系统趋向更紧凑高转速。旋转变压器作为关键位置传感器，传统可变磁阻（VR）旋转变压器依赖复杂解调，易受量化误差和角度延迟影响，限制高速高精度应用。永磁励磁永磁旋转变压器通过直接产生正弦余弦电压，省去了信号解调，提升高速角度精度。磁通切换永磁（FSPM）拓扑以低谐波畸变率著称，但传统定子尺寸大，高紧凑性设计难题突出。
本文首次提出基于漏磁切换原理的无轭部模块化FSPM旋转变压器，核心在于移除定子轭部，主磁通局限于单个定子模块，磁通改为沿模块两侧交替泄漏，随着转子旋转周期性切换，形成正弦磁链与电压。通过有限元分析验证两定子模块即可产生正余弦输出的可行性，实现模块数减半。
通过协同设计转子极对数与模块间机械错位角，确保正余弦电动势90度正交相位及输出谐波降低。为增强无轭部模块的机械强度和装配精度，采用燕尾榫连接结构，固定性和反电动势幅值分别提升约8.5%。实验展示优化原型机在高速下角度误差小于0.6度，定子重量比传统设计降低62.44%，有效提升系统功率密度与紧凑性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11076173
📖 第7篇
📌 基于柔性减速机制的分子结建立系统开发与控制
Development and Control of a Molecular Junction Establishing System Based on a Compliant Reduction Mechanism
作者：Fangxin Chen，Siyu Qian，Shuo Zhan
单分子动力学研究中，分子结形成技术是揭示分子功能与结构关系的关键，依赖亚纳米级位移分辨率和高度稳定性。传统扫描隧道显微镜（STM）技术改装复杂、校准要求高，限制新实验室应用。本文提出基于柔性位移减速机制（DRM）的分子结建立系统，显著提升压电陶瓷的位移分辨率至亚纳米水平。
核心创新为采用基于差分原理的三级杠杆型柔性减速机构，由三个串联杠杆机构输出差值实现几何累积的高减速比。建立了该机构的几何、静力学及动力学模型，并通过有限元分析验证误差小于8%。制备的DRM原型减速比达75.5，固有频率2482 Hz，位移分辨率达到0.25 nm，性能优于多数同类设计。
设计了集成高斯过程回归（GPR）与反相脉冲序列的复合控制策略，GPR有效补偿压电陶瓷迟滞非线性，非线性率从6.62%降至0.55%；反相脉冲序列抑制柔性机构残余振动，保证运动精度与稳定。系统集成XYZ线性运动平台，Z向扩展DRM行程，XY实现基底定位。
在真空环境金原子结建立实验中，成功检测电子隧穿电流。在0.28 nm步长移动时，隧穿电流呈阶梯式下降，验证了分子结稳定形成。六组重复试验均展现电流与位移步长高度相关，证明系统具备满足单分子测试的亚纳米定位能力与稳定性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11045537
📖 第8篇
📌 直流微电网分布式二次控制：实现最优功率分配与电压恢复
Distributed Secondary Control of Direct Current Microgrids for Optimal Power Sharing and Voltage Restoration
作者：Tiannan Li，Lantao Xing，Zhiyong Liu，Yu-Chu Tian
直流微电网因其对光伏、储能和电动汽车等直流设备的高效整合能力受关注，但核心挑战在于分布式功率合理分配和直流母线电压稳定。传统二次控制多限于固定功率分配比例，难以适应动态负载变化，满足发电成本最小化的实时需求。本文提出了创新的分布式自适应二次控制方案，关键为设计自适应下垂增益机制，实时调整各发电单元功率输出，实现整体发电成本最优化。
引入基于自适应下垂增益与线路电阻的虚拟电压降概念，嵌入控制结构实现母线电压精确恢复，避免传统下垂控制电压偏差。所提方案只依赖邻近发电机局部信息交互，通过一致性平均算法估计全局变量，降低通信负担，增强系统针对单点故障的鲁棒性。
经过详尽仿真和硬件在环实验验证，测试工况包括负载阶跃和缓慢变化、发电单元即插即用及通信时延等，均证实方案可快速准确实现最优功率分配与精准电压恢复。相比固定比例分配的传统VVD或仅实现平均电压恢复的方案，展示出明显的经济性与电压控制精度优势，为直流微电网优化运行提供有力分布式控制支持。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11017371
📖 第9篇
📌 具有指数跟踪性能的动态事件触发复合学习机器人控制
Dynamic Event-Triggered Composite Learning Robot Control With Exponential Tracking
作者：Qian Wang，Tian Shi，Changyun Wen，Yongping Pan
机器人自适应控制中，复合学习（Composite Learning）能在较弱区间激励（IE）条件保障指数稳定，但传统CLRC算法即使误差收敛仍持续更新控制律和参数估计，浪费计算资源。本文提出动态事件触发CLRC策略（ET-CLRC），能智能调整更新频率，提高计算资源利用效率。
设计了具自适应能力的动态事件触发条件，仅依赖跟踪误差与内部变量，无需控制律和自适应律的实时信息，只有跟踪误差变化较大时触发更新。该方法同时节省通信和计算负担，理论证明其在IE条件下具备误差实际指数收敛能力，并且避免了Zeno现象(无限触发)。
创新点主要包括动态自适应触发条件设计，无需实时信息灵活调整触发频率，以及在较弱IE条件下不牺牲稳定性实现指数收敛，同时显著减轻系统计算负荷。7自由度工业机器人Franka Emika Panda实验证明，相较传统CLRC，动态ET-CLRC将算法更新次数大幅减少，触发率最低达9.89%，并保持几乎相同跟踪性能，显著缓解计算压力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11006008
📖 第10篇
📌 基于并行-级联等效输入扰动估计器的网络化运动控制系统抗扰性能增强
Enhanced Disturbance Rejection With Parallel-Cascade Equivalent-Input-Disturbance Estimator for Networked Motion Control Systems
作者：Xiang Wu，Yu Jia，Youwu Du，Hui Dong，Jinhua She，Li Yu
网络化运动控制系统（NMCSs）整合通信网络，提升系统扩展性和灵活性，却面临时变网络延迟、外部扰动及测量噪声带来的挑战。传统等效输入扰动（EID）估计器虽能估计匹配和非匹配扰动，但存在固有估计误差，高带宽设置放大测量噪声，形成扰动抑制和噪声衰减的矛盾。
本文提出创新的并行-级联EID（PCEID）估计器，结合多个EID估计器的并行与级联结构，级联用于滤除高频噪声，并行提升低频扰动估计准确性。该混合架构显著增强低频扰动抑制，避免高频噪声过度放大，实现更优的扰动抑制与噪声抑制平衡。
通过频域分析及分离定理推导了该结构的稳定性判据。在实际网络化运动控制实验平台的对比实验中，PCEID对匹配扰动（速度扰动）和非匹配扰动（扭矩扰动）表现出优异的跟踪精度和扰动估计准确性。与传统EID、级联EID及并行-级联扩张状态观测器(PC-ESO)相比，PCEID抑制输出波动更有效，输入控制信号更平滑，体现更佳噪声抑制和综合性能。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11077374
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