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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2025年issue10推送（第10期/共10期）。本期精选了9篇前沿学术论文，内容聚焦于先进控制理论与方法在复杂系统中的应用。研究主题广泛覆盖了无人机强化学习控制、电力电子变换器调制与建模、水下偏振导航、并网逆变器暂态稳定性、功率器件热管理以及旋转系统高精度控制等多个关键领域，展现了人工智能、系统建模与优化控制技术在提升系统性能、可靠性与智能化水平方面的最新进展。
本期目录
📖 第1篇：强化学习在变距无人机机动控制中的仿真到现实迁移
📖 第2篇：双向谐振变换器中用于平衡开关损耗的分裂互补占空比调制策略
📖 第3篇：旋转坐标系下三相AC-DC变换器的切换系统建模及其大信号稳定性保障控制策略
📖 第4篇：面向可变测量偏差的水下偏振导航系统建模与自适应强跟踪滤波器设计
📖 第5篇：基于延迟锁相环逆变器在电网故障期间暂态响应与故障清除角估计的系统性研究
📖 第6篇：基于多时间尺度电热耦合模型的DC-DC变换器功率器件温度评估
📖 第7篇：多构网型虚拟同步发电机系统不对称线路故障的暂态补偿
📖 第8篇：旋转系统二自由度空间鲁棒预见重复控制
📖 第9篇：应对不确定扰动的航向估计水下紧耦合方法：利用差分光强
📖 第1篇
📌 强化学习在变距无人机机动控制中的仿真到现实迁移
Sim-to-Real Transfer in Reinforcement Learning for Maneuver Control of a Variable-Pitch MAV
作者：Zhikun Wang，Shiyu Zhao
近年来，无人机（MAV）在侦察、监测等领域的应用日益广泛，但其执行复杂、高机动性飞行动作（如快速翻转、贴壁倒飞等）的能力仍面临挑战。传统的定距螺旋桨无人机通过改变电机转速来调整推力，其响应速度和推力变化范围受限于转子的转动惯量，难以实现快速的正负推力切换，限制了其执行高级机动动作的能力。相比之下，变距螺旋桨（VPP）无人机通过独立调整每个螺旋桨的桨距角，能够更灵活、快速地改变推力大小和方向，从而显著提升了飞行器的敏捷性和控制能力，为实现高级空中机动提供了可能。
强化学习（RL）在VPP无人机的应用面临“仿真到现实”（Sim-to-Real）鸿沟，主要体现在复杂动力学参数偏差、传感器噪声及气动扰动。本文提出的核心技术是基于现实到仿真再到现实闭环的RL框架，创新点包括系统辨识将真实动力学准确建模，采用领域随机化覆盖真实世界不确定性，以及集成课程学习策略进行任务递进训练。
该框架设计了分层级联控制系统：底层为自适应VPP执行器控制器，实现目标推力的快速响应；中层为高频角速度PD控制器维持无人机姿态稳定；最高层为基于PPO算法训练的RL神经网络，输出角速度指令。整个架构融合强化学习决策优势与传统控制稳定性。关键实施细节包括采用卡尔曼滤波多传感器融合获得精确状态估计，以及在高性能VPP无人机实物平台上的部署。
实验覆盖360度翻转和贴壁倒飞等复杂机动动作，控制器实现了零样本从仿真到现实的直接迁移，无需额外调参。具体表现为高机动动作的高精度执行且鲁棒性优异。该成果不仅展示了弥合仿真与现实差距的有效策略，也为未来在复杂三维动态环境中应用强化学习控制无人机打下基础。实验证明框架有效性和实用性，具有广泛应用前景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10965522
📖 第2篇
📌 双向谐振变换器中用于平衡开关损耗的分裂互补占空比调制策略
Split Complementary Duty Modulation for Balanced Switching Loss in Bidirectional Resonant Converter
作者：Tsegaab Alemayehu Wagaye，Eden Sibhat Temesgen，An-Yeol Jung，Min-Jun Hong，Minsung Kim
随着电池储能系统（ESS）快速发展，双向DC-DC变换器成为关键技术。传统固定频率双向谐振变换器存在显著问题：在降压或升压模式下，因硬关断产生开关损耗分布不均，引发热可靠性和寿命问题。本文针对该挑战，提出了分裂互补占空比调制策略，使开关损耗均衡分布。
该策略通过在连续两个开关周期内以固定0.5占空比分裂主占空比和互补占空比，交替应用于原边或副边上下管。针对开关通断的不对称电流，深入分析了实现全范围零电压开通的最小死区时间。该调制方案无需复杂同步整流，保持固定频率，简化控制结构。
在1.6 kW实验原型上测试（原边电压320-480 V，副边电压400 V），结果显示降压模式原边开关温差从13.2°C大幅降至3.8°C，升压模式副边温差从14.6°C降至0.1°C，显著简化散热设计并预计延长开关寿命约28%。结论表明该策略有效提升了系统的热管理和可靠性，适用于储能和电动汽车充电等领域。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10950101
📖 第3篇
📌 旋转坐标系下三相AC-DC变换器的切换系统建模及其大信号稳定性保障控制策略
Switched System Modeling for Three-Phase AC–DC Converters in the Rotating Frame and Its Control Strategy With Guaranteed Large-Signal Stability
作者：Wenjie Ma，Bo Zhang，Lihao Wu
三相AC-DC变换器广泛应用于电动汽车充电和混合微电网，其核心任务是高效能量管理和稳压。传统双环控制方案存在两大缺陷：忽略内环动态影响导致大信号稳定性缺乏理论保证，且参数调节复杂。
本文提出基于切换系统理论的创新建模与控制方法，在旋转坐标系下建立包含电网电流和直流母线电压的切换系统模型，准确刻画连续动态与开关动作耦合，突破传统线性平均模型限制。
基于该模型揭示变换器在任意切换序列下系统耗散性的机理，设计了包含负载观测器与自适应控制律的完整策略。该策略摒弃内外环动态解耦假设，通过构造李雅普诺夫函数首次理论证明了大信号稳定性，且仅需调节一次参数，极大简化工程设计。
仿真和实验表明策略在负载阶跃时快速抑制电压波动，实现有功和无功电流协同控制，具强鲁棒性和不平衡电网适应性。与滑模和有限时间控制方法相比，展现优异动态性能并附有严谨稳定性证明和简便参数设计，开辟了高性能控制新途径。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10947592
📖 第4篇
📌 面向可变测量偏差的水下偏振导航系统建模与自适应强跟踪滤波器设计
System Modeling and Adaptive Strong-Tracking Filter Design for Underwater Polarization Navigation Against Variable Measurement Bias
作者：Qiang Xu，Pengwei Hu，Wenshuo Li，Jianzhong Qiao
偏振导航作为新兴仿生导航方法，因被动性、自主性和无误差累积，为水下导航带来新方案。然而复杂环境和航行器运动引起的时变测量偏差严重影响导航精度。本文提出融合偏振和惯性信息的鲁棒导航系统，专注于陌生复杂水下环境性能提升。
创新点包括：建立考虑测量偏差的偏振观测模型，独立映射球坐标与直角坐标中的太阳位置偏差以加速收敛；引入比力模值约束改进重力观测模型，适应非匀速运动；设置同步时间更新+异步测量更新的信息融合策略，解决数据更新率不匹配。
设计了自适应两阶段强跟踪卡尔曼滤波器，其基于量测残差的自适应因子快速调整滤波器增益，有效补偿时变偏差。实测于渤海海域，航向角精度和路径误差显著优于传统方法，证明方案具备卓越鲁棒性与适用性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10943248
📖 第5篇
📌 基于延迟锁相环逆变器在电网故障期间暂态响应与故障清除角估计的系统性研究
Systematical Investigation of Transient Response and Fault Clearing Angle Estimation for Delay-Based PLL Inverters During Grid Fault
作者：Yantao Zhu，Tianzhi Fang，Zhiheng Lin，Jiayue Lyu，Yaohan Xia
随着可再生能源渗透率提升，GFL逆变器应用不断扩大，但其低惯量特性和控制算法影响导致在大扰动下易发失步（LOS）。保持电网故障期间及恢复过程中的暂态稳定性极为关键。
本文针对延迟型锁相环（PLL）的GFL逆变器，创新性结合等面积准则（EAC）和包含阻抗频率依赖性的相图法，系统性分析故障期间及恢复阶段的动态行为，划分出五种暂态响应及以往未识别的故障恢复后不稳定区域。
核心贡献包括：引入阻抗频率依赖模型提升动态描述精度，细分类别清晰解析平衡点转移和不稳定区域形成机理，提出基于反向轨迹映射吸引域（DOA）的新方法，实现多区间故障清除角估计，强化故障恢复阶段暂态稳定性保障。
实验在单相并网逆变器平台验证，结果与理论分析高度一致。验证了形容器的高分析准确性及故障清除角估计方法显著提升了系统稳定性和故障穿越能力，该研究为高新能源比例电网的安全稳定运行提供了重要理论支持和设计指导。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10925420
📖 第6篇
📌 基于多时间尺度电热耦合模型的DC-DC变换器功率器件温度评估
Temperature Evaluation of Power Devices in DC–DC Converters Based on Multitimescale Electrothermal Coupling Model
作者：Yao Zhao，Zhiqiang Wang，Haoyu Zhang，Cuili Chen，Bing Ji，Guofeng Li
功率器件结温对电动汽车与分布式发电用DC-DC变换器的安全可靠性至关重要。传统电热耦合方法面临时间尺度跨度大问题——电路开关动态在微至纳秒级，热效应演变在秒至小时级，导致计算效率和精度难以兼得。
本文提出多时间尺度电热耦合模型，通过多速率计算策略分别使电路和热模型在不同时间步长下运行，电路模型捕获快变功率损耗，热模型计算慢变温度变化；采用时间尺度缩放系数k，将多个开关周期的能量损耗平均输入热模型，极大提升计算效率。
整合包含功率损耗与状态模型的电路模型与利用有限元法及本征正交分解法降阶的热模型，通过迭代耦合实现计算效率与精度平衡。基于LLC谐振DC-DC变换器中SiC MOSFET的实验验证，支持不同开关频率、负载和温度工况。
结果显示相较于商业软件PLECS，模型在相同仿真时长下计算时间降低逾两个数量级（约40秒对比9780秒），结温误差最大仅2.75%。该模型为实时准确温度监控及功率器件可靠性评估提供了高效工具，具有重要工程应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10950137
📖 第7篇
📌 多构网型虚拟同步发电机系统不对称线路故障的暂态补偿
Transient Compensation of Asymmetrical Line Faults in Multigrid-Forming VSG Systems
作者：Yingjun Guo，Yu Qi，Leijiao Ge，Luyang Hou，Jingjing Li，Hexu Sun
构网型虚拟同步发电机（VSG）在高渗透率新能源电网中重要，但其构网控制性能受线路阻抗角影响，常见不对称线路故障（ALF）会引起功率角和电压剧烈波动，严重时致系统失稳。本文提出暂态补偿技术提升多VSG并联系统鲁棒性。
创新包括使用增量功率角补偿（IPAC）前馈比例和惯性环节，有效增强功率角稳定，防止低频振荡；提出三相同步旋转坐标变换，基于此设计正序暂态电流补偿（PSTCC）与偏移暂态电流补偿（OTCC）策略协同抑制不对称故障冲击电流。
硬件在环仿真验证显示：有功功率响应时间提升83.3%-87.5%，暂态短路电流降低31.7%-95%，故障恢复后有效避免振荡。原型单相接地测试验证增强策略可显著缩短同步恢复时间，提升系统稳定性与鲁棒性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10934804
📖 第8篇
📌 旋转系统二自由度空间鲁棒预见重复控制
Two-Degree-of-Freedom Spatial Robust Preview Repetitive Control for Rotational Systems
作者：Yujian Zhou，Jinhua She，Haruki Shimizu，Shijie Guo，Feng Wang，Yong He，Seiichi Kawata，Makoto Iwasaki
工业及服务工程旋转系统普遍需要高精度跟踪周期性信号。传统时域重复控制难以有效应对与位置相关的周期信号，因旋转速度变化导致时间周期改变，性能下降。已有自适应方法恢复性能但计算复杂且易不稳定。
本文提出了二自由度空间鲁棒预见重复控制（2DOF-SRPRC），将控制设计从时域转移到空间域，利用周期性信号相对于位置恒定的特性，有效解决速度变化影响。
系统结构包含两个环路：一个通过精确反馈线性化获得空间域离散模型，另一处理二自由度重复控制。嵌入的重复控制器为空间周期信号内模，确保稳态无纹波跟踪与扰动抑制。设计分离跟踪与鲁棒性，反馈控制器优化灵敏度提升鲁棒，前馈控制器优化参考跟踪性能，简化设计流程。
基于编码器脉冲中断的空间采样实现简单，机电控制系统实验显示2DOF-SRPRC方法在有无空间周期扰动下均取得最佳跟踪精度和扰动抑制，性能指标ISE显著优于传统时域方法，为工业旋转系统高性能控制提供新方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10957824
📖 第9篇
📌 应对不确定扰动的航向估计水下紧耦合方法：利用差分光强
Underwater Tightly-Coupled Method for Heading Estimation Against Uncertain Disturbances: Using Differential Light Intensity
作者：Teng Zhang，Jian Yang，Xinjing Shen，Xin Liu，Meng Niu，Lei Guo
无人水下航行器（UUV）航向估计对水下导航至关重要，偏振导航为有效技术但难应对动态折射和不确定多重散射导致导航精度下降。本文提出基于原始差分光强的水下紧耦合方法，实现复杂扰动环境下的鲁棒航向估计。
当前辅助导航手段受限，INS虽精准但误差累积。核心创新在于建立差分偏振紧耦合导航模型，模仿生物复眼机制，利用正交光感受器差分光强，直接映射载体失准角，显著减少建模误差，提高系统鲁棒性。
针对非垂直误差引入补偿因子修正模型，采用变分贝叶斯（VB）推理自适应优化滤波器参数，提升状态估计可靠性。数值仿真和海上实验证明该方法在不确定扰动环境下优于传统松耦合及未扰动紧耦合方法，显著降低航向估计误差，为UUV自主导航提供新思路。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10945790
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