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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2025年issue9最新文章推送（第3期/共10期）。本期推送共包含10篇研究论文，内容涵盖电机控制、运动规划、振动抑制、电磁兼容、电力电子变换、智能控制等多个工业电子与自动化领域的关键研究方向，包括变磁阻永磁电机多凸极比模型预测控制、空间机械臂多维采样规划、电互连座椅悬挂系统、多变换器EMI抑制、STATCOM输出电压优化、FPGA-based功率变换控制、风力发电机全生命周期能量评估、智能板形控制策略、四旋翼无人机LPV姿态控制以及电动汽车集成运动控制等前沿课题。
这些研究推动了工业电子技术的创新应用，提升了系统的智能化和性能优化，对相关产业的升级与发展具有重要的理论与实际价值。
本期目录
📖 第1篇：变磁阻磁通可控永磁电机多凸极比模型预测控制
📖 第2篇：面向障碍物规避的运动生成：一种基于多维采样的规划器
📖 第3篇：重型车辆三自由度电互连座椅悬挂系统建模与振动控制研究
📖 第4篇：多变换器直流电源系统中互补噪声源的共模传导EMI建模与抑制
📖 第5篇：基于最小无穷范数优化的三相九桥臂多电平STATCOM输出电压最大化
📖 第6篇：基于FPGA的功率变换器控制：采用一维卷积神经网络的长时域FCS-MPC方法及Si/SiC混合变换器案例研究
📖 第7篇：考虑累积退磁效应的风力发电机永磁同步发电机全生命周期能量产出评估与优化
📖 第8篇：基于批次切换的智能板形控制策略及其在辊式淬火工艺中的应用
📖 第9篇：基于物理-数据融合的四旋翼无人机LPV姿态控制方法
📖 第10篇：基于快速迭代架构增强NMPC策略的电动汽车集成运动控制系统
📖 第1篇
📌 变磁阻磁通可控永磁电机多凸极比模型预测控制
Multiple Saliency-Ratio Model Predictive Control for Variable Reluctance Flux Controllable Permanent Magnet Motors
作者：Lei Xu，Zhixiang Fan，Xiaoyong Zhu，Wenhua Chen，Chao Zhang，Nan Chen
变磁阻磁通可控永磁（VRFCPM）电机因其宽调速范围和高效率特性，在电动汽车和航空航天等领域具有广泛应用前景。然而，其可变磁路磁阻导致的凸极比变化，会引发电机控制参数失配问题，进而影响控制精度和系统性能。针对这一挑战，本文基于模型预测控制（MPC）原理，提出了一种多凸极比模型预测控制（MSR-MPC）方法。 主要创新：凸极比预测模型建立、改进成本函数设计。
具体方法包括推导考虑可变凸极比的电机数学模型，重构电压矢量合成策略，并设计基于多工况的预测控制器。创新性地将凸极比项引入成本函数，有效抑制了因磁阻变化引起的非线性干扰。
实验验证表明，与传统三矢量模型预测控制（TVMPC）相比，MSR-MPC在轻载（q>1）、中载（q=1）和重载（q<1）三种工况下，d/q轴电流跟踪误差降低达90%以上，相电流谐波含量最大减少19.5%，电机最高效率提升1.2%。该方法大幅提高了系统的鲁棒性和动态响应性能，为宽调速范围电机控制提供了新技术路径。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10916486
📖 第2篇
📌 面向障碍物规避的运动生成：一种基于多维采样的规划器
Motion Generation Around Obstacles: A Multidimensional Sampling-Based Planner
作者：Zongwu Xie，Zhengpu Wang，Baoshi Cao，Yang Liu，Wandong Sun，Guanghu Xie，Yiming Ji，Boyu Ma
空间机械臂的五次多项式轨迹在航天任务中具有重要价值，尤其适用于大规模转移运动。然而，传统方法存在末端执行器轨迹不可控问题，限制依赖末端轨迹的规划技术应用。采样基运动规划器（SBMP）虽能规划多项式关节轨迹及避障，但现有方法要么固定采样维度，要么忽略维度优化。本文提出基于遗传算法（GA）改进方法，通过引入变维度样本编码和交叉机制，实现多维样本集的搜索与优化，扩展搜索域，突破维度限制。
聚焦中国空间站实验舱机械臂（EMM）实际工程，该机械臂需在复杂环境中完成载荷转移和燃料补给。针对多项式关节轨迹规划，构建综合避障、加加速度（jerk）最小化和关节行程优化的多目标模型，避障策略采用临界距离，确保安全后优先优化其他目标，加加速度优化提升末端执行器定位精度，关节行程优化降低长臂段关节磨损。
改进GA的核心创新包括多维样本编码方案和跨维度交叉机制，通过轮盘赌选择和高斯变异提升种群多样性。仿真与实验验证显示该规划器生成安全、平滑且协调的轨迹，在碰撞距离、运动平滑性和关节效率上均优于PSO、ACO，且显著提升搜索性能，适用于冗余机械臂高维非凸优化问题。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10900733
📖 第3篇
📌 重型车辆三自由度电互连座椅悬挂系统建模与振动控制研究
Modeling and Vibration Control of a Three-Degree-of-Freedom Electrically Interconnected Seat Suspension System for Heavy-Duty Vehicle
作者：Haoyu Zhan，Pengfei Liu，Xiangjun Xia，Donghong Ning，Haiping Du
重型车辆驾驶员长时间暴露于全身振动（WBV）环境中，易引发职业健康问题如腰椎疾病和脊椎损伤。传统被动悬挂系统难以有效隔离低频振动，且缺乏自适应调节能力。为此，研究提出一种创新的电互连座椅悬挂系统（EISS），通过电气网络连接弹簧和电磁阻尼器（EMDs），实现三自由度振动控制。
系统核心创新利用EMDs的协同工作模式：同向运动表现为天棚阻尼，抑制共振峰值；反向运动呈地棚阻尼，提升高频振动隔离性能。电气网络智能调控实现无需额外传感器即可自适应调节阻尼参数，降低系统复杂度和成本。
理论建模与实验显示，EISS在1-20Hz振动危害频段有效降低振动传递率达40%以上，特别对人体敏感的4-8Hz频段隔振效果显著提升。相较传统液压悬挂，电磁作动器响应快、能耗低、无漏油风险，更适合恶劣工况下长时间使用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10896819
📖 第4篇
📌 多变换器直流电源系统中互补噪声源的共模传导EMI建模与抑制
Modeling and Suppression of Common-Mode Conducted EMI With Complementary Noise Sources in Multiconverter DC Power System
作者：Siyong Luo，Chuang Bi，Zhekan Su，Mian Xiao，Yao Yao
随着多变换器直流电源系统在电力分配领域重要性上升，系统需满足电磁兼容性（EMC）要求，特别是抑制共模（CM）电磁干扰（EMI）。传统滤波器虽有效但降低功率密度与增加无功损耗。本文提出基于互补噪声源（CNS）的共模EMI抑制方法，实现无需额外滤波器的高效抑制。
建立了系统的共模传导EMI模型，通过理论分析确定CNS实现条件。以双总线连接的Buck变换器为例，设计并精确控制开关时序，使两个变换器共模噪声幅度相等、方向相反，互相抵消，实现EMI抑制。
实验显示，CNS方法在150kHz至30MHz范围内显著降低共模噪声，抑制效果最高达36.4dB，在高频8.3MHz仍保持6.5dB抑制能力。该方法提升系统功率密度，减少无功损耗，适用于电动汽车和光伏系统等。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10892341
📖 第5篇
📌 基于最小无穷范数优化的三相九桥臂多电平STATCOM输出电压最大化
Maximizing Output Voltage of Three-Phase Nine-Leg Multilevel STATCOM by Minimum Infinity Norm Optimization
作者：Lukáš Adam，Tomáš Komrska，František Iška，Zdeněk Peroutka
随着可再生能源与储能系统渗透率增高，基于逆变器的资源（IBR）与静态同步补偿器（STATCOM）在电网稳定中发挥关键作用。传统多电平变换器结构复杂成本高。本文提出基于三个经典三相三桥电压源逆变器的九桥臂多电平STATCOM拓扑，采用最小无穷范数优化算法实现输出电压最大化。
该拓扑通过变压器连接电网，采用最小无穷范数算法实时优化桥臂电压，使总谐波失真（THD）保持低于0.5%，显著提升直流链路电压利用率。实验表明输出电压较传统PD-PWM提升16%，较最小l₂范数方法提升达39%。
算法利用线性规划对偶理论将优化问题转为有限预计算解组合，在线计算仅需39次标量乘法且无除法运算，大幅提升实时控制计算效率。实验系统基于TMS320F28335微控制器，输出基波电压达到320V（标幺值2.0），三相THD低于0.56%。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10924438
📖 第6篇
📌 基于FPGA的功率变换器控制：采用一维卷积神经网络的长时域FCS-MPC方法及Si/SiC混合变换器案例研究
Long-Horizon FCS-MPC Trained 1-D Convolution Neural Networks for FPGA-Based Power-Electronic Converter Control With a Si/SiC Hybrid Converter Case Study
作者：Ning Li，Hao Yu，Stephen Finney，Paul D. Judge
针对长时域有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）在功率电子实时实现中的计算负担和硬件资源需求高的问题，本文创新采用机器学习模型，用离线训练的FCS-MPC数据替代原控制模型，降低在线计算复杂度和资源消耗。
设计基于FPGA的一维卷积神经网络（CNN）架构，通过剪枝、微调与量化等模型压缩技术简化网络结构，验证平台为并联混合变换器（PHC），该拓扑具备64种开关状态及复杂电流约束。
实验结果显示，压缩后的CNN模型DSP资源需求降低75%，且控制性能优越。具体DSP利用率较MLP降低25%，LUT需求减少30%；20位模型DSP资源降低60%，触发器减少50%。实时测试Np=4时输出电流谐波失真THD仅3.14%，优于MLP的4.82%，严格限制SiC桥电流。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10887103
📖 第7篇
📌 考虑累积退磁效应的风力发电机永磁同步发电机全生命周期能量产出评估与优化
Lifecycle Energy Production Evaluation and Improvement of PM Synchronous Generators for Wind Turbines Considering Accumulative Demagnetization
作者：Lijian Wu，Wenting Wang，Yidong Du，Yang Shi，Chenning Zhang
传统风力发电机永磁同步发电机（PMSG）全生命周期能量产出（LEP）评估多忽略永磁体不可逆退磁风险，主流采用降低定子电流与温度防止退磁，但会牺牲输出功率。研究突破性发现，允许一定程度退磁可提升LEP，即使退磁后年发电量下降。
首次系统分析多次短路故障引起的累积退磁效应，当故障条件差异存在时，不可逆退磁表现出累积效应，使LEP成为每次故障后输出功率与故障间隔函数。开发新型LEP评估方法，综合考虑故障不确定性。
对不同额定定子电流下PMSG进行LEP评估，发现通过平衡定子电流与退磁水平，最优LEP相较完全避免退磁提升高达4.93%。实验采用小型原型机验证，施加连续三相短路观察到反电动势幅值持续下降趋势，证实累积退磁现象。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10899394
📖 第8篇
📌 基于批次切换的智能板形控制策略及其在辊式淬火工艺中的应用
Intelligent Plate Shape Control Strategy With Batch Changeover and Its Application in Roller Quenching Process
作者：Wen Zhang，Min Wu，Sheng Du，Luefeng Chen，Jie Hu，Naoyuki Kubota
钢板板形质量为衡量钢材品质关键指标，辊式淬火过程板形反馈存在显著时间延迟且批次切换频繁导致生产环境剧变，对控制带来挑战。研究提出智能板形控制策略改进控制性能。
设计基于宽度学习系统（BLS）的板形预测模型，针对批次切换，采用基于案例匹配的控制方法，通过相似度计算从历史案例库智能选取控制参数，确保环境突变时控制稳定。
采用双控制器动态切换机制，正常生产时用智能优化控制器，批次切换时启用案例匹配控制器保证控制连续性。通过板形经验概率密度确定控制目标值，避免不切实际目标导致合格率下降。
工业应用显示无批次切换时，板形合格率由97.2%提升至99.6%，有批次切换时由96.0%提升至98.0%。五部分板形评估均显著改善，右侧板形值降幅尤为明显，从3.94mm降至1.74mm 。策略计算时间控制在30秒以内，满足生产需求。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10910220
📖 第9篇
📌 基于物理-数据融合的四旋翼无人机LPV姿态控制方法
Integrated Physics-Data Based LPV Attitude Control of Quadrotor UAV System
作者：Xiaoyuan Zhu，Yuxue Li，He Wang，Zhibin Shuai，Hailong Huang，Guodong Yin
四旋翼无人机以其垂直起降和精准悬停能力广泛应用于航拍、救援及消防侦察。其强非线性挑战传统控制方法，基于模型方法依赖精度，纯数据驱动缺乏稳定性保证。本文创新提出物理-数据融合的LPV姿态控制方法。
建立具有未知参数矩阵的准LPV模型融合物理机制和数据信息，将有限满足持续激励的测量输出和控制输入嵌入LPV公式，推导物理信息数据驱动系统表示。基于该表示设计增益调度反馈控制律，无需显式模型辨识。
基于Lyapunov理论，数学证明闭环系统稳定性与跟踪误差收敛性，控制增益通过求解线性矩阵不等式半定规划问题计算。方法保持模型解释性且充分利用数据驱动适应优势。
仿真与实验验证，在存在30%参数偏差情况下，实现稳定轨迹跟踪。实验结果表明基于Willems基本引理的中间系统有效表征动力学，数据驱动控制器实现小跟踪误差的稳定控制，验证方法有效性与性能优势。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10910226
📖 第10篇
📌 基于快速迭代架构增强NMPC策略的电动汽车集成运动控制系统
Integrated Motion Control System for Electric Vehicles With Fast Iteration Architecture Enhanced NMPC Strategy
作者：Hanghang Liu，Lin Zhang，Chunlai Zhao，Haobo Sun，Hong Chen
电动汽车运动控制中，操纵性、稳定性和防滑性能是安全与驾驶体验关键因素。传统多控制器处理方式在极端工况易产生目标冲突。本文提出集成控制架构，将纵向、横向、横摆及车轮动力学统一纳入非线性模型预测控制（NMPC）框架。
采用分布式驱动电动汽车（DDEV）作为实验平台，利用庞特里亚金最小值原理重构优化问题，设计快速迭代求解架构，将高维优化转化为低维最优初值问题，结合预求解和精细求解两阶段，有效提高计算效率，平均计算时间比传统方法减少7-34倍。
实车验证涵盖双移线工况及低附着路面加速测试。在摩擦系数0.3-0.35的压实雪面，车辆以70.5km/h平均速度完成测试且无碰桩。对比传统子系统协调方法，横摆角速度误差降低至4.3deg/s，轮胎滑移率峰值降至0.04，提升轮胎力利用效率。分离路面测试中，控制系统在0.8秒内实现稳态加速，纵向加速度达2.3m/s²。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10910099
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