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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2025年issue10推送（第3期/共10期）。本期推送精选了10篇研究论文，内容聚焦于电力电子与电机驱动、电池储能与管理系统、先进控制理论与应用、以及微电网与功率变换技术等前沿领域，涵盖了从高可靠性绝缘测试、高效SOC均衡、无传感器控制到高精度仿真、智能充电、精密运动平台、非线性补偿、高效互联架构、鲁棒性控制及多智能体协同等关键技术，展现了电气工程与自动化领域的最新研究进展与工程应用价值。
本期目录
📖 第1篇：高阻接地变频驱动电机系统的远程自动化绝缘测试
📖 第2篇：高压无变压器电池储能系统的自适应优化SOC均衡控制
📖 第3篇：基于磁链的中高速开关磁阻电机无传感器控制策略
📖 第4篇：基于开关周期同步的高开关频率功率变换器实时仿真方法
📖 第5篇：基于迁移强化学习的用户偏好自适应电池快速充电策略：兼顾温升控制
📖 第6篇：基于纵弯-弯压电致动器的二自由度高性能平台
📖 第7篇：基于在线学习人工神经网络的死区时间补偿策略
📖 第8篇：一种用于直流微电网集群的差分功率处理互联架构
📖 第9篇：一种对对象增益变化具有更强鲁棒性的分数阶自抗扰控制
📖 第10篇：基于视线法的欠驱动自主水面艇时变编队路径跟随控制：理论与实验
📖 第1篇
📌 高阻接地变频驱动电机系统的远程自动化绝缘测试
Remote and Automated Insulation Testing for VFD-Driven Motor Systems With High Resistance Grounding
作者：Muhammad Faizan Shaikh，Byambasuren Battulga，Carlos A. Platero，Sang Bin Lee
在工业领域，变频驱动（VFD）电机的绝缘故障率显著高于直接电网供电的电机，这主要归因于VFD产生的高频脉冲电压带来的额外电气应力。目前，行业对电机绝缘检测依赖于断电时端子处的离线测试，需现场操作。为应对VFD电机的高故障风险，本文提出了一种远程自动化绝缘测试方法，利用VFD自身施加测试电压，通过测量流经高阻接地系统接地电阻的泄漏电流，计算绝缘的电容（C）与介质损耗因数（DF），实现绝缘老化或劣化的早期识别。
方法充分利用现有VFD和HRG硬件，通过测量接地电阻压降获取泄漏电流，避免昂贵的高灵敏度电流互感器，降低成本。测试在电机静止状态，采用55Hz（接近工频）测试电压，有效规避VFD高频开关噪声，保证了测量的可靠性与准确性。此外，结合泄漏电流的直流、基频及谐波分析，实现对交流电网侧和直流母线侧绝缘问题的区分与定位。
实验在380V VFD驱动感应电机平台上进行，模拟了绝缘介质损耗、电容变化和潮湿污染等典型缺陷。结果显示，计算的C与DF值敏感反映绝缘劣化，并能区分不同劣化原因（例如，受潮导致C和DF升高，热老化主要影响DF）。泄漏电流频谱分析准确指示交流侧和直流侧绝缘缺陷位置。该方法实现了经济、可靠、易实现的远程自动化绝缘测试，支持定期监测与预测性维护，有效减少非计划停机，保障工业流程连续稳定。
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📖 第2篇
📌 高压无变压器电池储能系统的自适应优化SOC均衡控制
Self-Adaptive and Optimal SOC Balancing Control for High Voltage Transformerless Battery Energy Storage System
作者：Xiqi Wu，Rui Li，Chao Huang，Hui Li，Xu Cai
在高压无变压器（HVT）电池储能系统（BESS）中，实现各子模块（SM）荷电状态（SOC）的均衡对于充分利用系统能量容量至关重要。传统SOC均衡方法面临效率与安全难兼顾的挑战，均衡系数过保守导致速度慢，过大又可能引发电池过流及模块过调制。
本文提出了一种自适应优化SOC均衡控制策略。研究系统分析了四个关键边界条件（电池充放电电流约束、子模块调制比约束），并计算对应最大允许均衡系数。基于实时系统状态（功率因数角、相电流幅值、电池簇端口电压、SOC分布），算法动态选择最优均衡系数（Ka = min(Ka1, Ka2, Ka3, Ka4)），实现最快均衡速度且保证安全运行。
实验在35kV/25MW/50MWh HVT-BESS工程原型上验证。相比传统固定系数方法，新策略显著加速SOC均衡。放电测试中，低SOC电池簇迅速上升至平均SOC一致，系统容量利用率提升显著。该方法基于机理解析设计，根本解决了均衡速度和安全的矛盾，为大规模模块化储能系统提供关键技术支撑。
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📖 第3篇
📌 基于磁链的中高速开关磁阻电机无传感器控制策略
Sensorless Control Strategy for SRM Based on Flux Linkage in Medium to High-Speed Range
作者：Xiaodong Sun，Zhengxiong Xu，Mingzhang Pan，Chao Sun，Wei Pan，Gang Lei
开关磁阻电机（SRM）因结构简单、鲁棒性强，广泛应用于电动汽车和工业自动化，但其性能高度依赖准确的转子位置信息，传统传感器存在成本及耐久性问题。本文针对中高速运行，提出了一种基于磁链的无传感器控制策略，结合改进的正交信号生成估计器（OSGE）与超线性收敛（SLC）方法提升鲁棒性。
研究利用磁链傅里叶展开表示转子位置，引入二阶广义积分器与陷波滤波器（SOGI-Notch Filter）生成正交磁链信号。基于有限控制集模型预测控制（FCS-MPC），设计超线性收敛算法，通过割线法快速迭代计算最优转子位置，最大误差约0.84°，显著优于传统锁相环（1.50°）。同时设计单相故障容错策略，确保故障情况下的估计稳定性。
在六相12/10极SRM实验平台验证。策略在稳态、变速、负载扰动及单相故障工况下均表现稳定，峰值误差可控在1°以内。该方法有效提升了中高速范围SRM无传感器控制的精度与鲁棒性，并结合实用的容错机制支持高可靠性工业与交通应用。
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📖 第4篇
📌 基于开关周期同步的高开关频率功率变换器实时仿真方法
Switching-Period-Synchronization-Based Real-Time Simulation Method Suitable for Power Converters With High Switching Frequency
作者：Jin Xu，Pan Wu，Zirun Li，Keyou Wang，Guojie Li，Bei Han
随着功率变换器开关频率提升至数百千赫兹，常规实时仿真因需极短步长（开关周期1%）导致计算负担巨大。本文提出基于开关周期同步（SPS）的新型实时仿真方法，优化仿真时间-现实时间同步机制，显著降低计算复杂度。
SPS以开关周期为主步长，周期末同步。主步长内根据调制与载波比较生成多个可变子步长，利用改进的离散状态空间电磁暂态模型（DSS-EMT）更新变量。以电动汽车车载充电器（含50kHz PFC和200kHz DAB）为例，预计算开关状态序列，确保高频动态过程仿真准确性。
FPGA硬件在环平台验证显示，SPS在200kHz开关频率下精度媲美极小步长仿真（PSCAD），加速比达约60倍。该方法支持多调制策略、死区时间及故障工况，具备多速率及网络解耦能力，为高频高密度电力电子系统设计与测试提供高效工具。
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📖 第5篇
📌 基于迁移强化学习的用户偏好自适应电池快速充电策略：兼顾温升控制
User Preference-Adaptive Battery Fast Charging Strategy Considering Temperature Rising Based on Transfer Reinforcement Learning
作者：Jiarui He，Xueyuan Han，Xinzu Yang，Chunlin Chen，Jingwen Wei，Guangzhong Dong
快速充电技术遭遇电热耦合动力学复杂约束，充电过程产热和能量损耗影响热安全和效率。传统CC&CV策略虽简单，但因缺乏电池内机理洞察，难以安全高效地实现最优充电。本文构建基于深度确定性策略梯度（DDPG）的深度强化学习（DRL）框架，对充电时间、能量损耗和温升速率进行多目标优化。
采用分数阶电热耦合模型提升温度预测精度，将充电时间、能量损耗及温升加权和构建目标函数，安全约束以奖励惩罚项体现。引入迁移学习策略，针对用户偏好权重变化，通过预训练策略快速适应新偏好，实现充电策略个性化自适应，大幅降低训练成本。
30Ah磷酸铁锂电池实验证明，新方法在不同偏好下均能缩短充电时间的同时，有效控制能量损耗和温升速率。该策略较传统CC&CV及贝叶斯优化显著提升性能，为智能电池管理系统的自主优化提供新路径，推动电动汽车快速充电技术发展。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10965501
📖 第6篇
📌 基于纵弯-弯压电致动器的二自由度高性能平台
A 2-DOF High-Performances Platform Using a Longitudinal-Bending-Bending Piezoelectric Actuator
作者：Jianxing Li，Shijing Zhang，Jie Deng，Yingxiang Liu
微操作与微观测系统中，二自由度（2-DOF）平台关键用于高精度定位与传输。传统驱动与结构难以兼顾高频扫描、跨尺度运动与大负载能力。本文提出基于新型纵弯-弯压电致动器（LBB-PEA）的高性能压电扫描平台（PESP），并结合主动摩擦切换策略实现跨尺度运动控制。
LBB-PEA集成纵向与弯弯单元，研究提出刚度与位移协同优化，有限元仿真优化结构使纵向单元既能驱动运动又作主动摩擦开关，实现“粘滑”与“粘粘”两模式切换。锁定“粘粘”模式下，平台达162Hz高频扫描，扫描范围9.95×10.06μm²，分辨率12nm；“粘滑”模式下，实现厘米级跨尺度运动，最大速度2.9mm/s，负载高达25kg。
实验表明平台在x、y轴表现出高一致性步进（标准偏差<0.08μm）与低耦合率（约4.5%）。应用演示成功进行洋葱表皮细胞切片显微观测，实现跨尺度定位与细节扫描。该平台首次在单体实现了纳米分辨率、百赫兹高频、厘米级大行程及公斤级负载，推动微纳操作与观察平台技术进步。
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📖 第7篇
📌 基于在线学习人工神经网络的死区时间补偿策略
A Dead-Time Compensation Strategy Based on an Online Learned Artificial Neural Network
作者：Ludek Buchta，Matus Kozovsky，Petr Blaha
永磁同步电机（PMSM）磁场定向控制系统中，电压源逆变器（VSI）死区时间非线性导致输出电压畸变，引发相电流谐波及转矩脉动，影响控制精度。传统补偿策略依赖VSI参数及电流极性，动态工况下性能受限。本文提出基于在线学习人工神经网络（ANN）的死区时间补偿策略，实现实时非线性辨识与补偿。
设计包含两个隐藏层（20、10神经元）的ANN，输入涵盖归一化相电流、电流幅值、角度、转速、六倍电角度正余弦，确保实时充分信息。利用基于反向传播的随机梯度下降在线训练，权重每PWM周期更新，结合闭环反馈动态生成最优训练样本，使ANN持续适应运行变化，有效抑制残余谐波。
真实PMSM平台实验显示，ANN策略显著降总谐波失真（THD）至2.082%，优于传统符号函数补偿和非线性死区时间补偿（NDTC）。策略有效抑制5、7、11、13次谐波，电流过零及动态工况补偿性能稳定，避免传统方法高次谐波放大，提升电机控制质量，兼具实用性与自适应性。
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📖 第8篇
📌 一种用于直流微电网集群的差分功率处理互联架构
A Differential Power Processing Interconnected Architecture for DC Microgrid Cluster
作者：Guipeng Chen，Zhiqiang Li，Hongchang Xue，Tengpeng Chen
直流微电网集群因分布式能源间歇性导致单网运行不稳定。传统全功率处理架构下，所有功率交换经双向DC-DC转换器，设备体积大、成本高且效率低。本文创新提出基于差分功率处理（DPP）的新型互联架构，显著降低转换器处理功率及系统复杂度。
该架构设n个微电网，仅用n+1个双向转换器，n个差分转换器串联连接至微电网与母线间，另1个功率平衡转换器接公共地。转换器仅处理微电网电压与母线电压差产生的差分功率，大部分功率通过母线直接传输，提高效率。
理论及实验验证表明，当母线电压接近微电网电压时，转换器功率降至5%以下，系统整体效率高达96.7%且多工况维持95%以上。架构结构简洁，无需复杂变压器，降低成本。动态性能良好，适合商业与工业微电网集群，有广泛推广价值。
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📖 第9篇
📌 一种对对象增益变化具有更强鲁棒性的分数阶自抗扰控制
A Fractional-Order ADRC With Improved Robustness to Plant Gain Variations
作者：Shaohua Wang，Pengjie Huang，Ying Luo，Xiaohong Wang，Xin Luo
工业系统中对象增益随工况、环境变化广泛存在，传统线性自抗扰控制（LADRC）对增益变化敏感，易造成相位裕度波动影响稳定性。本文提出基于模型辅助扩张状态观测器（MESO）与Bode理想传递函数（BITF）设计的分数阶自抗扰控制（BITF-ADRC），显著增强鲁棒性。
MESO将对象等效为理想双积分器，估计并补偿总扰动。分数阶反馈控制器逼近BITF特性，实现增益穿越频率邻域内相位平坦，保持等阻尼特性，确保相位裕度与超调量在大范围增益波动下稳定。文中还提出解析整定方法以系统设计控制器参数。
永磁同步电机速度伺服实验表明，BITF-ADRC相较于LADRC、GPID及FLADRC，在增益变化时相位裕度变化仅1.8°，超调幅度控于3.5%以内，表现卓越鲁棒性。其MESO结构简化，实现所需计算主要集中于一分数阶算子，单周期执行时间仅7.26μs，适合嵌入式应用，支撑高精度与高鲁棒要求领域。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10950132
📖 第10篇
📌 基于视线法的欠驱动自主水面艇时变编队路径跟随控制：理论与实验
A LOS-Based Path-Following Control of Underactuated Autonomous Surface Vessels for Time-Varying Formations: Theory and Experiment
作者：Shuwang Wang，Guanghui Wen，Han Shen，Linan Wang
多自主水面艇（ASV）系统因环境监测、巡逻等需求广受关注。现有基于视线（LOS）法的协同路径跟随方法多为固定编队，难适应航道宽度变或路径避障需求。本文提出面向时变编队的欠驱动ASV协同路径跟随控制策略，显著提升编队灵活性。
新制导律结合跟踪微分器生成虚拟控制输入，动态调整期望航向角与速度，引导ASV沿参数化曲线跟踪时变期望位置，实现从水平线到垂直线等多形态平滑变换。方法简化控制结构，无需额外路径变量更新，保障沿航迹误差收敛。动力学层面设计的虚拟控制输入确保信号精确跟踪。
理论分析通过李雅普诺夫方法，证明了沿航迹及横航迹误差渐近稳定，跟踪误差具输入到状态稳定性。并探讨路径参数与时变误差对控制精度影响，提出参数整定方案，保证时变编队可行。实验基于三艇平台，实际水域验证控制策略有效，实现多艇编队形态的稳定切换与误差收敛，具备良好鲁棒性，支持复杂动态环境协同任务。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10963903
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