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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2026年issue1推送（第4期/共13期）。本期精选的10篇论文，主要聚焦于电力电子与能量转换、精密驱动与传感、无人机系统与控制、以及边缘计算与通信四大前沿交叉领域。具体而言，研究涵盖了压电驱动器、DC-DC变换器、无线功率传输、有源EMI滤波器等电力电子关键技术；面向机器人抓取的低成本光学力传感器和面向无人机控制的长距离手势识别算法等智能感知与人机交互方案；四旋翼无人机的数据驱动故障诊断与先进姿态控制方法；以及面向海洋物联网的双层边缘计算架构。这些工作集中体现了当前在提升系统性能、效率、可靠性与智能化水平方面的创新探索。总体来看，这些成果为工程化部署与跨领域应用提供了可行路径，具有显著的科研与产业价值。
本期目录
📖 第1篇：一种具有高分辨率和断电位置保持能力的双向线性压电驱动器
📖 第2篇：面向海上浮标网络的双层边缘计算架构与协同卸载机制
📖 第3篇：基于BP神经网络优化ZVS条件的四开关Buck-Boost变换器恒频零电压开关调制方案
📖 第4篇：面向四旋翼桨叶损伤的数据驱动定量稳定性监测方法
📖 第5篇：具有零交叉调节的双级交错SIMO升降压模块化DC-DC变换器
📖 第6篇：基于谐波抑制的无线功率传输原边输出电压估计系统辨识方法
📖 第7篇：用于机器人抓取与人机交互的高灵敏度、紧凑型低成本软三轴光学力（STOF）传感器
📖 第8篇：面向无人机长距离手势控制的轻量化时空骨架注意力Transformer
📖 第9篇：基于带宽可调线性扩张状态观测器的四旋翼无人机先进内模姿态控制
📖 第10篇：一种用于功率变换器共模电磁干扰抑制的低成本双极结型晶体管有源电磁干扰滤波器
📖 第1篇
📌 一种具有高分辨率和断电位置保持能力的双向线性压电驱动器
A Bidirectional Linear Piezoelectric Actuator With High Resolution and Output Maintained Capability
作者：Boliang Xu，Jie Deng，Jianhua Sun，Jing Li，Shijing Zhang，Weishan Chen，Yingxiang Liu
针对高精度定位领域中常见的两大痛点——断电后无法保持位移与无法实现双向对称运动，本文提出了整体系统框架，包含驱动子系统、夹持子系统以及输出轴的力学耦合与信息流设计。本文以纳米级定位与断电自锁为评估目标，提出的关键方法为驱动-锁定协同工作机制，并在机构设计上采用线性驱动装置与夹持装置的耦合，使输入（步进电压）与输出（线性位移）之间形成可控的闭环力学路径，从而区别于传统压电堆栈仅靠单向伸缩的方案。该架构兼顾了高刚度与纳米级分辨率的设计约束，同时考虑摩擦夹持的静态保持能力。
在实现层面，文章详细给出驱动模态与锁定模态的切换时序、压电陶瓷片阵列的极性配置与驱动电压阶跃策略，以及夹持端的摩擦力建模。训练/标定流程包括静态模型拟合与有限元仿真校准，实际部署时采用步骤驱动与力检测闭环以抑制热漂与滞回。关键实现要点/超参数为步进电压幅值和夹持预压设定，实验中对位移保持的约束以摩擦系数与堆栈输出力为主，记录的摩擦保持约束被用于实际控制器参数调整与容错策略设计。
实验在无负载和大负载（25 N）条件下进行了系统验证，并与理论模型和有限元仿真对比。关键数据指标为：无负载输出位移范围-6.22至5.78 μm，断电保持位移范围-3.81至3.57 μm；在25 N负载下，输出位移下降仅3.9%，保持位移下降21.1%。在最小步进电压驱动下实现了5 mV步进电压触发的2.0纳米定位精度，并证明理论误差与仿真偏差小于8%。这些实验结果表明该方案在精密光学调节（例如镜面曲率控制）与微纳操作场景中具有较高的工程可行性，位移保持能力与纳米级分辨率的结合是其核心工程价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11123556
📖 第2篇
📌 面向海上浮标网络的双层边缘计算架构与协同卸载机制
A Bilevel Edge Computing Architecture and Collaborative Offloading Mechanism for Offshore Buoys Network
作者：Jiaxuan Xie，Linling Kuang，Honglei Mu
本文针对海上浮标网络受限尺寸与异构卫星通信带来的数据回传瓶颈，提出了一个双层边缘计算系统框架：第一层由探测浮标与配备计算资源的网关浮标组成，第二层为远程云中心。系统输入为浮标采集的多模海洋数据，输出可为边缘融合结果或云端深度分析结论。论文构建的优化目标为最小化系统总能耗并保证时延与计算预算，提出的关键机制为分层求解与联合分布式迭代算法，用于联合优化任务卸载决策与资源分配，从而区别于仅靠单层卸载或忽略浮标间组网传输的传统方案。
实现细节上，研究将卸载问题拆分为任务映射子问题与资源分配子问题，采用对偶上升、逐次凸逼近与块坐标下降等数值方法交替求解，支持分布式迭代收敛。关键实现要点/超参数包括节点计算能力上限、卫星链路带宽、以及分片任务的能耗模型；约束项以带宽与时延上界为主，采用松弛与投影策略保证迭代的可行解并降低通信开销，便于在浮标平台上部署。
仿真与实海试验均给出了量化结果：算法在仿真中使系统总能耗降低16.67%至45.59%（相较于忽略组网传输的基线），现场部署（海南临高）在两探测浮标与一网关浮标的测试系统下，能耗节约范围为30.95%至50.95%。基于这些指标，结论显示该架构不仅能显著减小卫星回传负担，还能通过边缘融合提升数据利用率与系统鲁棒性，适用于海洋环境监测与海事通信等实际工程场景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11114725
📖 第3篇
📌 基于BP神经网络优化ZVS条件的四开关Buck-Boost变换器恒频零电压开关调制方案
A Constant Frequency ZVS Modulation Scheme for Four-Switch Buck-Boost Converter With Optimal ZVS Conditions Based on BP Neural Network
作者：Zhifu Wang，Jianping Xu，Zhengge Chen，Fei Xie，Sheng Ren
在面向宽输入/输出电压范围的四开关Buck-Boost（FSBB）变换器设计中，目标是实现恒频零电压开关（ZVS）的同时尽可能降低电感电流有效值以减少导通损耗。为此，本文建立了考虑死区时间内谐振电压与谐振时间的精确ZVS条件分析，提出将解析所得条件用三层BP神经网络进行近似，从而在运行中避免大规模查表或可变频控制带来的实现复杂度，提高实时控制可行性。
实现上，作者对数据集覆盖输入电压23–33 V与输出电压13.2–56 V的工作区间进行离线生成训练样本，网络采用三层结构并使用均方误差损失进行拟合，训练细节包括批量大小、学习率衰减与正则化策略以提升泛化能力。关键实现要点/超参数为网络层数与隐藏单元数、训练集覆盖密度，以及用于实际控制器的实时计算简化策略；约束项以切换损耗和电磁兼容要求为主。
在300 W样机上完成实验验证，结果显示所有开关在宽电压范围内均达成ZVS，峰值效率达到98.2%，且关键参数Imin_ZVS的近似误差低至0.4%。与采用LUT或可变频方案对比，该方法在轻载情况下具有更低的导通损耗和更易实现的恒频特性，表明其在电动汽车与航空电力电子等需要频率稳定性的场合具有较高的工程应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11172735
📖 第4篇
📌 面向四旋翼桨叶损伤的数据驱动定量稳定性监测方法
A Data-Driven Quantitative Stability Monitoring Approach for Quadrotor Blade Damage
作者：Xinyu Qiao，Hao Luo，Fenghua He，Hao Wang，Shimeng Wu，Jiaxin Zhang
本文面向四旋翼在实际任务中因桨叶受损导致的稳定性下降问题，目标是实现基于闭环系统输入输出数据的实时稳定性量化评估，而无需精确物理模型。研究提出基于子空间辨识的闭环稳定核/像表示与基于此的闭环稳定裕度计算框架，明确了输入（闭环输入/输出数据时序）到稳定性指标的映射关系，与基于开环辨识或仅用主成分分析的方法形成明显对比，能直接用于损伤敏感性分析与故障诊断决策。
为支持在线应用，文中提出一种基于滑动窗口的在线估计算法，结合Givens变换与双曲变换实现下三角正交分解的高效更新与降阶处理，从而在有限计算资源下实现动态跟踪。关键实现要点/超参数包括滑动窗口长度、降阶阈值与在线更新频率，损失/约束上以估计误差与计算延迟互相折中以保障实时性与准确性。
在真实四旋翼平台并结合SolidWorks模拟的不同桨叶损伤场景（面积为99.5%、99%、98.6%、95%）上进行了验证；结果显示方法能敏感检测到轻微损伤并量化稳定裕度变化，性能优于主成分分析与典型相关分析等基线。关键数值包括对99.5%面积轻微损伤的检测灵敏性以及在多种损伤级别下稳定裕度的可靠区分，研究最终给出的结论是该数据驱动方案在无需物理模型的前提下，能为飞行容错控制与安全边界定义提供可操作的工程指标（即结论与工程价值）。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11176851
📖 第5篇
📌 具有零交叉调节的双级交错SIMO升降压模块化DC-DC变换器
A Dual-Stage Interleaved SIMO Buck-Boost Modular DC–DC Converter With Zero Cross-Regulation
作者：Sukanya V.，Bijukumar B.，Lohit Prakash S. J.，Sumesh G. V.
针对单电感多输出（SIMO）拓扑长期存在的交叉调节与较大纹波问题，本文提出一种双级交错的模块化升降压架构：输入端一个半桥模块控制共享电感，输出端采用多个串联半桥模块进行独立调节，并在多层载波之间引入相位偏移以实现双级交错。整体目标是在保证每路电压独立性的同时实现零交叉调节与显著的纹波抑制，构成适用于多路供电的高功率密度方案。
在控制与实现层面，作者基于电路平均法推导小信号传递函数，设计了（N+1）个PI闭环控制器（N个输出端口控制器 + 1个输入电感电流控制器），并在DSP（TMS320F28379D）上实现实时门极驱动。关键实现要点/超参数包括载波相位偏移设置、PI增益整定准则与电感选型，以保障在2 kHz开关频率与200 W样机工况下的稳定性与响应性能。
实验数据显示该变换器峰值效率可达95.1%，纹波性能指数RPI低至0.2（显著优于文献0.75–22.5范围），并在各种负载扰动下实现了交叉调节消除。这些结果说明该拓扑在通信设备、电动汽车副电源等需要多路精密输出的应用中具有较强的工程适配性和模块化扩展优势。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11113369
📖 第6篇
📌 基于谐波抑制的无线功率传输原边输出电压估计系统辨识方法
A Harmonic Suppression-Based System Identification Method for Estimating Output Voltage From the Primary-Side of Wireless Power Transfer
作者：Mingdong Edward Han，Aoyang Laurence Li，Saidul Alam Chowdhury，Aiguo Patrick Hu
本文面向WPT系统在耦合系数变化与负载波动情形下的输出电压估计问题，提出一种仅基于发射端测量的双频调谐谐波抑制与系统辨识方法。设计理念是在基频保持串联补偿以维持正常传输的同时，使发射端在三次谐波频率呈开路特性，从而通过检测发射线圈电压的三次谐波分量与线圈电流的基波幅值来估计耦合系数与接收端输出电压，实现无需接收端改动的原边智能估算。
实现方面，作者构建了谐波提取电路并采用幅值测量替代相位检测以增强鲁棒性，训练/校准步骤包含不同耦合系数与负载阻抗的实验采样以拟合估计模型。关键实现要点/超参数包括LC调谐网络的设计带宽、谐波滤波器的品质因数以及估计算法的采样率与窗口长度，以保证估计延迟低于2 ms并兼顾系统效率。
在20 W样机上测试表明：空芯线圈条件下最大输出电压估计误差为3.7%，考虑铁氧体磁芯与15%电感变化时最大误差为9.38%，估计延迟小于2 ms，且对整流器引入的电抗不敏感。结论显示该方法在保持传输效率（约仅降低1–2%）的同时，显著降低了系统硬件复杂度，适合用于智能WPT原边监控与闭环电压调节。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11141508
📖 第7篇
📌 用于机器人抓取与人机交互的高灵敏度、紧凑型低成本软三轴光学力（STOF）传感器
A Highly Sensitive, Compact, and Low-Cost Soft Triaxial Optical Force (STOF) Sensor for Robotic Grasping and Human–Machine Interaction
作者：Liyan Mo，Yunquan Li，Shiling Fu，Jiutian Xia，Yuan-Fang Zhang，Yong Zhong，Xiaoqi Chen，J. Geoffrey Chase
本文针对现有多轴力传感器存在的体积大、成本高以及制造复杂的问题，提出一种基于软体光学测量的三轴力传感器结构。整体系统由柔性PCB上两颗LED与四个光电二极管（PD）及具有内部遮光结构的弹性黑色外壳组成，工作流程为外力引起外壳变形→光路被遮挡/改变→四路PD输出形成特征向量→通过神经网络解耦为三轴力输出。关键创新在于引入光学传感机制以替代传统刚性应变计或电容方案，从而获得高灵敏度与柔性一体化的优势。
在数据处理上，作者采用门控循环单元（GRU）进行信号解耦與回归训练，训练数据覆盖0–2 N范围与多种切向/法向力组合；关键实现要点/超参数包括GRU的隐藏单元数、输入力归一化策略以及抗噪声正则化方法；为了保证嵌入式部署，训练后通过模型量化与剪枝降低推理延迟并保证22 ms的响应时间。
实验结果显示：0–2 N范围内灵敏度高达2.88 V/N，法向分辨率小于9 mN，GRU回归误差为Fx 5.41%、Fy 4.85%、Fz 1.62%，并能在紧凑表面区分四个接触区域。另外，传感器重量约1.1 g，单件成本约2.71 美元。这些性能使其在灵巧手抓取、滑移检测与人机安全交互等场景具备极高的实用价值（即结论与工程价值）。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11173176
📖 第8篇
📌 面向无人机长距离手势控制的轻量化时空骨架注意力Transformer
A Lightweight Spatio-Temporal Skeleton Attention Transformer for Long-Distance Gesture Recognition in UAV Control
作者：Xiaofeng Guo，Yang Hu，Yaonan Wang，Qing Zhu，Yang Mo
针对无人机平台资源受限且需实现长距离手势控制的挑战，本文提出一种轻量化时空骨架（STS）注意力Transformer，通过统一的时空处理结构替代传统时空分离网络以降低冗余。系统输入为骨架序列（由两阶段RGB+D骨架估计模块生成），输出为手势类别或控制指令；核心机制包括耦合-解耦注意力算子以增强对弱相关时空特征的捕捉，从而在长距离（机载摄像头约5 m，固定第三方摄像头可达10 m）条件下保持高识别率与低计算开销的平衡。
实现细节包括轻量化Transformer的层数与多头注意力配置、骨架预处理与归一化、以及两阶段的手部检测模块。训练使用公开数据集（如IPN Hand与LD-ConGR），并在无人机视角下做领域自适应微调。关键实现要点/超参数為GFLOPs与参数量预算（目标0.10 GFLOPs，0.57 M参数），以及注意力模块的耦合强度调节以平衡精度与效率。
实验结果表明本方法在公开数据集上识别准确率超过95%，同时将计算量与参数量分别降低约40%与37%（相较于某些双层Transformer基线）。在实际无人机控制测试中，该系统实现了流畅穩定的手势驱动交互，证明其在户外长距离HRI场景中的可行性与鲁棒性（即结论与工程价值）。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11119084
📖 第9篇
📌 基于带宽可调线性扩张状态观测器的四旋翼无人机先进内模姿态控制
A Linear Extended State Observer With Scalable Bandwidth-Based Advanced Internal Model Attitude Control for a Quadrotor
作者：Wei Wei，Xiaoqing You，Min Zuo，Zhiqiang Gao
本文关注四旋翼姿态控制在存在未建模动力学与时变扰动时的鲁棒性问题，提出一种带宽可调的线性扩张状态观测器（LESO-SBW），并将其与内模控制（IMC）结合形成先进的LESO-SBW-AIMC方案。方法通过动态调节观测器带宽以在扰动增大时提升估计速率、扰动较小时降低带宽以抑制噪声，从而在扰动估计精度与噪声鲁棒性之间取得平衡。
实现层面将LESO-SBW用于对包含扰动的系统进行动态线性化，并以线性化后的ADRC闭环系统动态作为内模，摆脱了传统IMC对精确物理模型的强依赖。关键实现要点/超参数包括观测器初始带宽、带宽调节律（基于估计误差阈值）与滤波器设计参数，实验中通过硬件在环（HIL）平台对参数敏感性与滤波器选择进行了系统验证。
实验结果表明，与传统LADRC与基于可调带宽ESO的PD控制相比，LESO-SBW-AIMC在时变扰动下具有更短的恢复时间、更小的跟踪误差波动与更平滑的控制输入；具体性能指标表明跟踪误差与控制信号抖动显著下降，验证了方法在实际四旋翼姿态控制中的工程适用性。研究结论强调了动态带宽调节在复杂非线性控制系统中的重要性与可工程化实现路径。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11121542
📖 第10篇
📌 一种用于功率变换器共模电磁干扰抑制的低成本双极结型晶体管有源电磁干扰滤波器
A Low-Cost BJT-Based Active EMI Filter for CM EMI Suppression in Power Converters
作者：Yechi Zhang，Caichao Shao，Qiao Li，Jingwei Zhu，Hongge Zhao
为了解决功率变换器中共模（CM）电磁干扰对系统与周边设备的影响，本文提出一种基于双极结型晶体管（BJT）的有源电磁干扰滤波器（AEF）拓扑。总体框架包括共模电流检测、BJT电压放大与补偿电流注入三大功能级，目标是实现宽频带的CM EMI抑制同时将系统成本降至更低水平，区别于多数基于运放的AEF，本文以BJT放大结构为核心实现电压放大与补偿注入。
实现方面采用电流互感器检测共模电流，级联共集与共发射放大级后通过推挽电路注入补偿电流至接地端。关键实现要点/超参数包括放大级的偏置电流、BJT选型与电流注入拓扑的带宽设计；约束上考虑与LISN网络的阻抗匹配以及补偿回路的稳定性以避免对主功率环路造成负面耦合。
在升压变换器平台的实验中，该AEF在150 kHz–30 MHz范围内有效抑制共模干扰，在约160 kHz处实现约34 dB衰减；通过引入54 μH小体积共模电感可进一步提升高频段性能。相比基于运放的方案，本文所提的BJT基AEF将有源器件成本从约10美元降低至约2 美元，在保持相近抑制效果的同时显著降低了系统成本，适合追求高功率密度与低成本的电力电子产品化应用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11119083
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