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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2025年issue12推送（第15期/共27期）。本期推送共精选了10篇研究论文，内容聚焦于先进电机驱动与容错控制、电池管理系统状态估计、复杂机电系统高性能控制（如电液负载模拟器、磁致伸缩定位系统）、配电网故障保护与消弧技术、多智能体系统协同控制（如多机器鱼编队）、安全关键系统控制以及新型传感器设计与微电网稳定性等前沿领域，集中展示了工业电子领域在提升系统可靠性、控制精度、能效与智能化水平方面的最新研究成果。
本期目录
📖 第1篇：基于四桥臂功率变换器的双凸极磁阻电机开路故障容错控制
📖 第2篇：基于滤波器的锂离子电池荷电状态与健康状态协同估计方法
📖 第3篇：电液负载模拟器的有限时间事件触发模糊自适应预设性能力加载控制
📖 第4篇：磁致伸缩驱动定位系统的固定/预定义时间参数估计
📖 第5篇：基于电力路由器的非对称接地参数配电网柔性电压消弧
📖 第6篇：基于分布式模型预测控制的多机器鱼系统编队跟踪
📖 第7篇：基于高斯过程的未知系统规定时间输入-状态安全控制
📖 第8篇：船载演进式微电网中改进阻尼分配无源控制通用设计方法
📖 第9篇：面向具有概率时延的网络控制主动悬架系统的启发式容错多速率采样控制器设计
📖 第10篇：基于（1-1）连通磁电复合材料的直流磁场传感器实现高灵敏度与超低功耗
📖 第1篇
📌 基于四桥臂功率变换器的双凸极磁阻电机开路故障容错控制
Fault-Tolerant Control Under Open-Circuit Faults Based on Four-Leg Power Converter for Doubly Salient Reluctance Machine
作者：He Cheng，Qin Hu，Shutang Lu，Haonan Liu，Guoqiang Han，Haoyue Tang
双凸极磁阻电机（DSRM）因其结构坚固、成本低、起动转矩大和调速范围宽等优点，在家用电器和电气化交通领域具有广阔应用前景。然而，驱动系统中的功率开关器件开路故障会严重影响系统可靠性。本文提出了一种基于四桥臂功率变换器的DSRM开路故障容错控制策略，旨在提升电机驱动系统的鲁棒性与稳定性。研究首先建立了DSRM的数学模型，分析正常运行模式。针对功率开关开路故障的不同位置，创新性地提出了三种容错控制模式：当故障开关位于第1组或第2组时，采用多模式电流斩波控制（CCC）；当故障位于第3组时，采用无直流偏置的正弦电流控制模式。这种组合控制策略充分利用DSRM灵活特性，实现了不同故障场景下的高效容错运行。
为减小从正常模式切换到容错模式时的转矩脉动，研究深入分析不同模式间的转矩与电流关系，并提出整体控制方案及平滑切换策略。该策略通过建立正常模式与容错模式间的电流映射关系，确保切换过程中输出转矩平稳过渡，有效避免因转矩突变导致转速波动，提升系统动态稳定性。
实验基于12/10极三相DSRM平台进行。结果表明，所提容错控制方法能有效应对三类开路故障。在故障诊断完成后（约一个电周期），系统能快速切换至容错模式，稳定维持转矩输出与转速运行。与现有方案相比，所用功率变换器拓扑的开关器件数量最少，成本更低，首次实现多种控制模式的灵活组合与平滑切换，显著增强了DSRM驱动系统故障适应能力与运行可靠性。本研究为高可靠性电机驱动系统设计提供新思路，适用于安全性要求严苛的电动汽车、航空航天及工业传动领域。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11008797
📖 第2篇
📌 基于滤波器的锂离子电池荷电状态与健康状态协同估计方法
Filter-Based Co-Estimation of State-of-Charge and State-of-Health for Lithium-Ion Batteries
作者：Xiaoxuan Wu，Jian Chen，Dehui Wang，Ke Xu，Mingding Shao，Yong Wang，Yu Long
锂离子电池作为电动汽车等领域的核心储能部件，其荷电状态（SOC）与健康状态（SOH）的准确估计对于保障安全和优化能量管理至关重要。传统方法普遍假设模型参数为常数，忽略SOC、温度及电流方向导致的动态变化，造成模型失配和估计误差。针对该挑战，本文提出了基于滤波器的SOC与SOH协同估计方法，创新性重构电池混合等效模型，将端电压导数表达为可测变量矩阵、不可测变量矩阵与未知参数矩阵的乘积，将模型参数自适应更新与状态估计设计统一，降低算法复杂度。
本方法设计了一种结合可测与不可测信号滤波器的未知参数矩阵自适应律，有效应对模型参数因环境变量变化造成的漂移，大幅减少系统误差。基于该设计，进一步开发了非线性自适应观测器，实现了对SOC与SOH的实时协同估计。
实验在全球统一轻型车辆测试循环工况下验证方法有效性，涵盖-20°C、25°C、40°C多种温度，结果显示更高估计精度与环境适应性，SOC和SOH最大绝对误差与均方根误差均控制在1%以内，且收敛速度更快。方法避免了忽略输入电流和开路电压导数造成的建模精度下降，为电池管理系统提供了自适应更新与状态估计一体化设计新思路，具有重要工程应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11003272
📖 第3篇
📌 电液负载模拟器的有限时间事件触发模糊自适应预设性能力加载控制
Finite-Time Event-Triggered Fuzzy Adaptive Prescribed Force Loading Control of Electrohydraulic Load Simulator
作者：Jiafeng Li，Hao Yan，Ruihang Ji，Xiaoling Liang，Shuzhi Sam Ge
电液负载模拟器（EHLS）在半物理仿真中复现航天器、船舶等测试体实际负载，助力装备研发和性能测试。液压系统含众多非线性和建模不确定性，及大量实验需求，给控制器设计带来严峻挑战，尤其需兼顾高精度力跟踪与通信资源节约。本文提出了一种创新的有限时间事件触发模糊自适应预设性能控制方案。
为应对EHLS速度难以直接测量，设计了降阶模糊速度状态观测器，逼近未知速度。结合有限时间性能函数，构建事件触发预设性能控制器，确保跟踪误差有限时间内收敛且稳定于预设性能边界。引入基于相对阈值的事件触发策略，显著降低通信负担，提高带宽、能量和计算资源利用效率。
采用动态面控制技术，缓解传统反步控制的计算复杂性和“计算爆炸”问题，降低在线计算负担。理论与实验均表明，该方法保证闭环信号有界，跟踪误差有限时间收敛至小邻域。多工况测试显示，事件触发机制使控制信号更新次数减少超70%，力跟踪误差严格限制于预设边界，较传统PID控制具备显著优势。该方案为复杂机电液系统提供了高精度、强鲁棒、低资源消耗控制方案，具有重要理论与工程价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11079619
📖 第4篇
📌 磁致伸缩驱动定位系统的固定/预定义时间参数估计
Fixed/Predefined-Time Parameter Estimation for Magnetostrictive Actuated Positioning System
作者：Shengbin Wu，Jing Na，Xinkai Chen，Yingbo Huang
磁致伸缩驱动器因高能量密度、大行程和快速响应广泛应用于微纳定位系统。但其固有的迟滞非线性特性导致建模不确定性和系统不稳定，给高精度控制带来挑战。本文提出固定时间与预定义时间参数估计方法，为磁致伸缩驱动定位系统的精确建模和控制提供新思路。
研究采用广义Prandtl–Ishlinskii模型描述迟滞动态特性，准确刻画非对称和输出饱和迟滞现象。通过引入K滤波器，构建仅依赖系统输入输出信息的集成参数模型，避免了传统方法对系统状态或中间变量测量的依赖。
核心创新包括两种新型自适应参数估计算法：固定时间收敛机制确保估计误差在不受初始条件影响的固定时间内收敛；预定义时间收敛机制允许用户预设收敛时间上限，大幅提升调整灵活性。通过引入修正误差变量减弱回归项影响，简化学习增益调节。实验与理论分析显示，该方法较传统梯度法和有限时间自适应法在相同激励条件下实现更快更准的参数收敛，体现重要工程价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11078416
📖 第5篇
📌 基于电力路由器的非对称接地参数配电网柔性电压消弧
Flexible Voltage Arc Suppression in Distribution Networks Considering Asymmetric Ground Parameters Based on Power Router
作者：Lang Jiang，Xianggen Yin，Xiangjun Zeng，Xin Yin，Wen Wang，Josep M. Guerrero，Minghao Wen
单相接地故障（SLG）在配电网中占80%，常伴随电弧，若不能有效熄灭易引发火灾和大规模停电。传统消弧线圈方法在应对系统三相接地参数不对称（AGPs）时面临严重挑战，导致误动和消弧失败。本文提出基于电力路由器（PR）的创新方案，深入分析AGPs配电网特性，设计电阻-电容阻抗中点接地方法，实现无需改变原有接地方式的灵活调节。
核心技术包括基于PR的主动参数不对称识别（APAI）方法与考虑AGPs的柔性电压消弧（FVAS）方法，采用新型Vdc-Q-0控制模式，确保零序分量解耦调控。通过PR注入75Hz间频信号，准确区分正常不对称与真实SLG故障；故障发生时，PR启动FVAS，将故障相电压降至电弧重燃阈值以下，补偿机制充分考虑AGPs影响且不受干扰。
研究建立完整的三轴解耦控制模型，实现正、负、零序分量协同独立调节。大量仿真及实物实验表明，在不同过渡电阻及多种AGPs场景下，APAI准确识别故障，FVAS迅速将残压降至接近0V，有效安全消弧。本成果为AGPs配电网消弧难题提供新理论与技术路径，显著提升供电可靠性和安全性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11049013
📖 第6篇
📌 基于分布式模型预测控制的多机器鱼系统编队跟踪
Formation Tracking for a Multirobotic Fish System via Distributed Model Predictive Control
作者：Yong Zhong，Chengye Xiong，Qian Yang，Jiarong Wu，Kai Wu，Chengcai Wang，Chenguang Yang
自然界鱼群集群行为因生物学意义及工程价值受关注，多机器鱼协同完成复杂水下任务成为热点。尾鳍驱动机器鱼通过周期性摆动产生运动，动力学体现欠驱动与高度非线性特性，配合复杂水下流体环境，给多机器鱼系统的鲁棒编队跟踪控制设计带来挑战。本文提出新颖的分布式非线性模型预测控制（NMPC）框架。
创新点包括整合动力学模型和中枢模式发生器（CPG），将尾鳍摆动特性直接作为控制输入，避免传统依赖推力/力矩与尾鳍摆动参数匹配的局限。为每个机器鱼动态生成基于编队一致性误差及邻居步态特征的参考轨迹，通过嵌入自适应视线（ALOS）策略提高欠驱动机器鱼跟踪性能。控制器显式处理摆动最大摆角和频率约束，优化偏置、幅度和频率输入，增强灵活性。
通过直线及S形曲线目标轨迹的仿真和实物原型实验，验证方法有效性、鲁棒性与可扩展性。实验显示三机器鱼快速形成并维持正三角形编队，跟踪移动目标。相比传统领航-跟随与基于航向的NMPC，提出的ALOS-NMPC方案在同一初始条件下表现出更快误差收敛速度和更低稳态误差，平均单步优化时间约30-160毫秒，具备良好计算效率，适合嵌入式部署。该研究为多机器鱼系统分布式控制提供有力方案，适用于海底资源勘探与海洋牧场管理等领域。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11091582
📖 第7篇
📌 基于高斯过程的未知系统规定时间输入-状态安全控制
Gaussian Process-Based Prescribed-Time Input-to-State Safety for Unknown System Control
作者：Sihua Zhang，Di-Hua Zhai，Xiaobing Dai，Tzu-yuan Huang，Yuanqing Xia
动态系统控制的核心问题是确保系统安全，传统依赖控制屏障函数（CBF）保持系统状态长期安全，但实际场景（如多机器人协作、自动驾驶）中初态可能不安全，需系统在规定时间内进入安全集并保持。本文提出基于高斯过程（GP）的规定时间输入-状态安全（PT-ISSf）控制框架，突出应对未知输入扰动系统控制。
研究结合高斯过程学习未知扰动，提供确定性预测误差界，提出规定时间输入-状态安全控制屏障函数（PT-ISSf-CBF），确保状态在规定时间内进入略微扩大的新安全集（大小由预测误差决定）并随即保持，与传统鲁棒CBF相比，具备新的可调参数调整控制性能，且保证二次规划（QP）问题可行性，减少控制保守性。
此外，拓展至任意相对阶系统的高阶控制屏障函数（PT-ISSf-HOCBF），详细阐述安全集与PT-ISSf-CBF参数关系，显著增强通用性和实用性。仿真与Franka Emika机器人物理实验验证即使初态不安全且存在不确定性，该方法能成功引导系统在规定时间内进入并维持安全集附近，提升安全关键系统控制性能与可靠性，提供理论严谨且工程实用的新思路。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11020774
📖 第8篇
📌 船载演进式微电网中改进阻尼分配无源控制通用设计方法
General Design Method of Modified Damping Assignment-PBC in Shipboard Evolutive Microgrids
作者：Emeric Vuillemin，Jean-Philippe Martin，Mohamed Machmoum，Serge Pierfederici，Farid Meibody-Tabar，Mathieu Weber
船舶电力系统向模块化和复杂化方向发展，确保系统稳定性面临严峻挑战。无源控制（PBC）因能保证稳定性备受认可，但传统互联与阻尼分配无源控制（IDA-PBC）存在控制变量奇异区域，引发占空比饱和和电流尖峰，限制实际应用。本文提出改进的IDA-PBC设计方法。
通过在升压变换器应用揭示奇异区域及其不利影响，提出新型控制器设计，在消除奇异性的同时保持受控系统无源性证明。引入全新阻尼分配方法调节系统性能，适用于多种变换器平均模型的特定端口控制哈密顿（PCH）子类。
应用于5阶2千瓦双输入模块化三电平升压变换器（MTL-BC），由于其高电压比、低电压应力及不平衡输入功率下良好控性，适合中压船载微电网。实验证明改进控制器有效避免占空比饱和及电流尖峰，实现对输出电压和电感电流参考值的精准跟踪。与常规策略对比，强调改进IDA-PBC凭借无源性传播显著提高存在未建模元件背景下的稳定裕度，面对恒功率负载，通过引入虚拟阻尼拓展稳定运行范围，电机稳定运行功率由600瓦提升至840瓦。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11039655
📖 第9篇
📌 面向具有概率时延的网络控制主动悬架系统的启发式容错多速率采样控制器设计
Heuristic Fault-Tolerant Multirate Sampling Controller Design for Networked Control Active Suspension System With Probabilistic Time Delay
作者：Te Yang，Guoliang Chen，Jianwei Xia，Ju H. Park
随着自动驾驶和新能源汽车发展，车辆安全舒适性和操控性能受关注。主动悬架系统（ASS）实时调节悬架刚度、阻尼，提升性能。但网络化控制环境中时延、执行器故障及数据包丢失等干扰阻碍性能调控。本文针对概率时变延迟（PTDs）和执行器故障双干扰，提出启发式静态输出反馈（SOF）容错多速率采样控制策略。
针对通信中执行器故障和PTDs引入不确定性，构建积分二次约束（IQC）算子有效约束。结合重构悬架系统模型与IQC算子形成反馈互联结构（FIS），处理不确定扰动，推导FIS指数稳定性判据。所提控制策略能有效抑制PTDs对悬架性能干扰。
特点包括较传统构建复杂李雅普诺夫函数方法显著降低计算成本，SOF控制器仅需部分输出测量即可降低车身垂直加速度，保证悬架挠度和轮胎载荷安全，提升乘客舒适度。多速率采样策略允许更快更灵活响应路况变化，性能优于单速率采样。硬件在环仿真验证显示该控制器显著降低车身振动，满足安全约束，较传统模糊或鲁棒控制具备更低复杂度和更佳实时性，提供高效实用解决方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11076168
📖 第10篇
📌 基于（1-1）连通磁电复合材料的直流磁场传感器实现高灵敏度与超低功耗
High Sensitivity and Ultra-Low Power Consumption in DC Magnetic Field Sensor Based on (1-1) Connective Magnetoelectric Composites
作者：Bingfeng Ge，Jingen Wu，Xianfeng Liang，Jiacheng Qiao，Yongjun Du，Yiwei Xu，Xin He，Yanan Zhao，Zhiguang Wang，Jinghong Guo，Zhongqiang Hu，Ming Liu
高灵敏度、低功耗直流磁场传感器对便携磁力计、能源系统监测及地球物理勘探等领域发展关键，但如何兼顾高灵敏度与低功耗长期难题。本文提出基于（1-1）连通磁电复合材料的新型电激励直流磁场传感器。
传感器由非晶FeBSiC合金（Metglas）与厚度极化压电（PZT）变压器组成。核心创新在于独特（1-1）连通结构设计，增强磁通聚集和应力聚集效应，显著提升磁致伸缩材料弹性模量变化对压电变压器机械应力传递的影响，从而大幅提升直流磁场检测灵敏度。
理论分析和有限元仿真表明该结构优化磁通分布与应力传递路径。实验在0-3奥斯特直流磁场内测得传感器达到120 mV/Oe灵敏度，检测限低至20纳特斯拉，功耗仅86微瓦，代表电激励无线圈直流磁场检测技术重大突破。传感器基于磁电效应，通过恒定频率和幅度的交流电压驱动压电变压器振动，外部直流磁场调制磁致伸缩材料弹性模量（ΔE效应），进而调控复合材料共振特性，输出电压与磁场强度相关。该电激励方式避免传统外部驱动线圈，简化结构、降低体积和功耗，并减少电磁干扰。
研究还展示传感器检测平面内直流磁场强度和方向能力，窄长结构赋予高达0.2度角分辨率，对磁导航等应用意义重大。综上，该研究通过创新材料与结构设计解决高灵敏度与低功耗矛盾，展现出便携磁测量、电网直流电流监测、地质勘探及高精度导航领域领先的综合性能和强大应用潜力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11079643
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