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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2025年issue12推送（第14期/共27期）。本期推送共包含10篇研究论文，内容聚焦于电力电子与电机驱动、无线能量传输、先进控制理论与应用以及系统安全与故障诊断等前沿领域。具体研究涵盖了感应电能传输系统的动态建模、海底无线供电的效率优化、无电解电容无线电机驱动、压电微位移平台的精密控制、混合MMC的故障应对算法、非线性系统的无模型自适应控制、并网逆变器的网络安全防御、自主水面艇的路径跟踪，以及同步磁阻电机性能分析与水下推进器故障诊断等关键技术。
本期目录
📖 第1篇：用于IPT系统瞬态分析的动态回转器模型
📖 第2篇：基于双端控制降低涡流损耗的海底无线供电系统效率分析与提升
📖 第3篇：基于Delta-Sigma调制的无电解电容无线电机驱动系统
📖 第4篇：基于增强型扰动观测器的压电微位移扫描台多扰动精密控制
📖 第5篇：增强型子模块选择算法：缓解混合MMC直流故障期间全桥子模块过压与半桥子模块欠压
📖 第6篇：基于误差的无模型自适应性能调节控制及其在离散时间非线性系统扰动抑制中的应用
📖 第7篇：事件触发熵学习应对并网封装E单元逆变器中的虚假数据注入攻击
📖 第8篇：面向随机噪声环境下自主水面艇的事件触发路径跟踪控制
📖 第9篇：带阻尼条同步磁阻电机稳态性能快速分析方法
📖 第10篇：基于对抗变分自编码器的无故障样本水下推进器故障检测与识别
📖 第1篇
📌 用于IPT系统瞬态分析的动态回转器模型
Dynamic Gyrator Models for the Transient Analysis of IPT Systems
作者：Hanzalah Mariam Hashmi，Syed Ahson Ali Shah，Yeong H. Sohn，Seog Y. Jeong，Chun T. Rim
感应电能传输（IPT）系统在电动汽车、无人机和消费电子等领域应用广泛，但其动态分析一直面临挑战。传统的静态分析方法难以处理瞬态响应，而高阶补偿电路使得动态控制极为复杂。本文提出了创新的动态回转器模型，为IPT系统的瞬态分析提供了简洁有效的解决方案。研究团队将动态相量法应用于IPT系统，并从相量域电路推导出动态回转器模型。该模型具有与静态回转器类似的虚数增益，但其有效性不仅限于稳态，更扩展至瞬态分析。这一突破性进展使得无论补偿电路类型如何，任何IPT系统都可通过所提出的动态回转器进行分析，而无需处理繁琐的方程组。
特别值得注意的是，在特定谐振条件下，具有两个LC谐振槽的四阶系统可以简化为二阶系统，极大地简化了复杂IPT设计任务。通过动态回转器模型，研究人员能够以更直观的电路图方式进行系统分析，无需复杂矩阵运算，仅需基本电路理论即可完成透明化分析流程。为验证模型有效性，团队对一台520W、调谐于50.3kHz的串-串补偿IPT系统进行了仿真与实验。结果显示，在满足近似条件|s| ≪ ω_r时，动态回转器模型能准确预测系统瞬态响应，实验数据与仿真高度吻合。
与现有模型相比，动态回转器模型的极简分析特性是其最大创新点，充分利用了IPT电路的回转器特性，不仅为动态控制提供了理论基础，也为相关领域研究开辟新方向。未来，该模型在其他类型IPT系统中的应用及近似误差深入分析将成为新的研究课题。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11003204
📖 第2篇
📌 基于双端控制降低涡流损耗的海底无线供电系统效率分析与提升
Efficiency Analysis and Improvement for Undersea WPT System Through Eddy Current Loss Reduction With Dual-Side Control
作者：Tao Li，Yijie Wang，Zhichao Sun，Jianwei Mai，Dianguo Xu
海底无线供电（UWPT）技术因其无需物理连接、维护成本低，在海洋探测、水下充电等领域潜力巨大，但高电导率海水导致显著涡流损耗，制约传输效率。本文提出基于阻抗匹配的双端协同控制策略，不仅提升效率同时实现输出电压稳定控制。文章深入分析涡流损耗对等效电路影响，建立包含涡流的T型等效模型，推导出最大交流-交流传输效率所需的最优负载阻抗表达式，揭示传统纯电阻负载匹配在海底环境并非最优。
为了在动态海底环境实现高效阻抗匹配，提出并验证了LCC-LCC补偿拓扑的优越性，相较于S-S、S-LCC、LCC-S拓扑，LCC-LCC能实现原副边软开关（ZVS）并保持恒压输出，为后续主动控制奠定基础。设计了一套双端协同控制方案，副边采用基于模型预测控制（MPC）的有源整流器解决电流谐波与相位差，原边通过电流幅值调节负载阻抗至理论最优，最大化传输效率，同时实现输出稳压与效率优化。
研究研制700W原理样机实测，额定功率下系统效率达93.49%，比传统方法提升1.44%。动态实验显示系统在电压突变和负载阶跃变化时均能快速恢复并稳定输出电压，原边电流调节有效降低涡流损耗，验证了策略在实际UWPT系统中的实用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11078294
📖 第3篇
📌 基于Delta-Sigma调制的无电解电容无线电机驱动系统
Electrolytic Capacitor-Less Wireless Motor Drive System With Delta-Sigma Modulation
作者：Xin Felix Chen，Chi K. Tse，Xiaosheng Wang，C. Q. Jiang，Qianhong Chen，Ching-Ming Lai
传统电机驱动系统依赖有线连接，增加故障率并限制运动自由度。无线电机驱动系统虽现有方案需大量电解电容缓冲，体积大且寿命短。本文提出一套无电解电容无线电机驱动系统，从根本解决问题。系统在拓扑层采用三相-单相矩阵变换器取代传统AC-DC-AC结构，初级侧无须直流环节电解电容；次级侧利用并联补偿网络滤波和电机电枢电感，彻底消除次级电解电容依赖。
调制策略创新引入三相Delta-Sigma调制，相比空间矢量脉宽调制，显著降低电网电流谐波，实现精确速度控制。基于面积平衡原理，反馈积分使脉冲平均值精确跟踪参考，且开关次数始终低于SVPWM，减少器件应力与开关频率，辅助实现零电流开关。
构建200 kHz工作频率原理样机，额定功率下实现3.12%的总谐波失真（THD），最高效率达89.7%。动态测试证实系统在电压波动和负载阶跃下闭环控制下转速稳定。相较现有工作，无电解电容设计提升开关频率，电能质量优异，适合高可靠、高功率密度无线驱动场景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11080666
📖 第4篇
📌 基于增强型扰动观测器的压电微位移扫描台多扰动精密控制
Enhanced Disturbance Observer-Based Precision Control for Piezoelectric Micro-Displacement Scanning Stage With Multiple Disturbances
作者：Weipeng Li，Xiaoyan Zhang，Yukai Zhu，Zeyu Bao，Renjian Hao
压电微位移扫描台广泛应用于精密工程、光学成像和生物科学，但运动精度受迟滞非线性、测量扰动及模型参数不确定性等多重扰动耦合影响。传统集总估计扰动方法保守且难精细补偿。本文提出结合增强型扰动观测器（EDO）的复合抗扰控制器，实现扰动的分离估计与补偿。
EDO将迟滞模型与特定频率测量扰动动态信息融入设计，考虑模型参数不确定性，精准估计迟滞非线性与测量扰动，无需复杂逆模型。Bouc-Wen迟滞模型参数首次采用Hooke-Jeeves优化算法确定，计算量小且能获得全局最优解。控制架构由内环EDO和外环PD反馈组成，采用线性矩阵不等式方法证明闭环系统稳定。
仿真及实验涵盖多种轨迹跟踪工况，尤其在50Hz工频测量扰动下，EDO有效抑制特定频率干扰，显著提升跟踪精度。对比开环、PID及经典扰动观测器方案，本文方法表现出最低跟踪误差。迟滞及系统参数不确定性条件下仍具备良好鲁棒性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11077747
📖 第5篇
📌 增强型子模块选择算法：缓解混合MMC直流故障期间全桥子模块过压与半桥子模块欠压
Enhanced Submodule Selection Algorithm for Mitigating FB-SM Overvoltage and HB-SM Undervoltage in Hybrid MMCs During DC Faults
作者：Xiongfeng Fang，Lei Li，Chao Gao，Cheng Wang
混合模块化多电平换流器（HMMC）具备直流故障阻断能力，已应用于昆柳龙±800kV特高压直流。直流故障时封锁所有子模块清除故障电流，但常规策略导致全桥子模块（FB-SM）过电压和半桥子模块（HB-SM）欠电压问题，威胁换流器安全及重启。传统解决方案如增大电容、增加FB-SM数量或增设能量吸收支路，成本高且未同步解决HB-SM问题。
为此，本文提出增强型子模块选择算法，利用故障发生至封锁间时间窗，主动调整子模块投入策略，重新分配HB-SM与FB-SM能量。算法根据直流电流方向及所需投入子模块数，动态优化投入顺序与极性，在正电流时优先HB-SM并允许FB-SM负投入，反之亦然，预调节子模块电容电压，缓解HB-SM欠压及FB-SM过压。
仿真和实验表明，算法显著提升HB-SM最低电压（仿真从1.567kV至1.601kV，实验平均从81.33V至88.33V），有效降低FB-SM最高过电压（仿真从2.539kV降至2.393kV，实验从158V降至140V）。该方法易实施且可与其他过压抑制方案配合，提升直流故障期间系统可靠性，为长距离高压直流输电安全运行提供经济有效方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11039133
📖 第6篇
📌 基于误差的无模型自适应性能调节控制及其在离散时间非线性系统扰动抑制中的应用
Error-Based Model-Free Adaptive Performance Tuning Control With Disturbance Rejection for Discrete-Time Nonlinear Systems
作者：Yun Cheng，Qiang Chen，Shuangyi Hu，Xuemei Ren，Mingyu Yang，Xiongxiong He
工业控制系统中，建模误差、未知非线性及外部扰动严重影响控制性能。本文针对一类离散时间多输入多输出非线性系统提出基于误差的无模型自适应性能调节控制策略，简化结构、提升跟踪性能及扰动抑制能力。传统自抗扰控制设计复杂且需已知控制增益，无模型自适应虽适用于非仿射系统，但补偿能力有限。
研究创新将原非线性系统转化为基于跟踪误差的紧凑动态线性化模型，使伪偏导数参数估计算法、离散时间扩张状态观测器及控制律设计统一基于跟踪误差，显著简化系统结构。设计带有期望约束的非线性比例性能调节函数，去除严格误差约束，提高实际应用可行性和鲁棒性，同时对集总扰动进行重构涵盖多重误差。
理论分析证明参数估计算法、扩张状态观测器及跟踪误差均最终一致有界。选择性柔顺装配机器人实验验证显示，相比漏斗变换、对数变换及传统自抗扰结合无模型方法，新策略在多参考信号下拥有更优跟踪精度、更快收敛速度及更强的抗扰动能力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11076180
📖 第7篇
📌 事件触发熵学习应对并网封装E单元逆变器中的虚假数据注入攻击
Event-Triggered Entropy Learning for Encountering of FDI Attack in Grid-Connected Packed E-Cell Inverter
作者：Meysam Gheisarnejad，Soroush Oshnoei，Mohammad Sharifzadeh，Eric Laurendeau，Kamal Al-Haddad
随着信息物理系统深度融合，电力电子接口面临严重网络攻击威胁，虚假数据注入攻击（FDI）通过篡改传感器数据影响多电平逆变器性能。本文聚焦并网九电平封装E单元逆变器，提出创新两阶段事件触发安全控制机制，有效应对FDI攻击。
第一阶段设计基于高阶扩展状态观测器和熵学习的自适应检测方案，预测系统输出并识别攻击；第二阶段建立事件触发机制阻断虚假数据注入，利用反馈控制器消除。深度神经网络驱动动态调整HOESO嵌入系数，实现对系统状态精准估计，有效避免模型依赖型观测器性能退化。
构建并网PEC9逆变器实验原型，多种FDI攻击场景测试，机制在针对电容电压FDI攻击下1.4毫秒内快速识别并恢复九电平输出。与传统PI控制器相比，攻击下维持更低电流总谐波失真，满足并网标准，方案显著提升多电平逆变器韧性和安全性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11078363
📖 第8篇
📌 面向随机噪声环境下自主水面艇的事件触发路径跟踪控制
Event-Triggered Path-Following Control for Autonomous Surface Vehicles Subject to Stochastic Noise
作者：Hang Lu，Guanghui Wen，Han Shen
自主水面艇（ASV）执行搜救、资源勘探、环境监测时路径跟踪能力至关重要。实际航行中遭受风、浪、流等环境扰动及传感器测量误差，传统确定性控制方法难以应对随机扰动，且连续控制信号更新对资源有限ASV平台通信开销大。本文提出随机事件触发路径跟踪控制方案，解决通信负载和随机扰动挑战。
方案建立包含加性随机噪声的ASV随机动力学模型，设计ASV相对参考路径的路径跟踪误差模型，并基于动态事件触发机制（ETM）构建控制器，确保精确跟踪参考速度和艏向角。
理论证明方案路径和速度误差在四阶矩意义下渐近有界，设计动态ETM可几乎必然排除Zeno行为，且控制器触发间隔有严格正下界，保证工程可实现。仿真及实物验证显示ASV成功跟踪路径且控制信号更新显著减少，缓解通信资源消耗，提升鲁棒高效路径跟踪性能。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11078669
📖 第9篇
📌 带阻尼条同步磁阻电机稳态性能快速分析方法
Fast Analysis Method of Steady-State Performance in Synchronous Reluctance Motor With Damping Bars
作者：Hyunwoo Kim
直接启动同步磁阻电机（LS-SynRM）结合感应电机自启动和同步电机高效率，是满足IE4及IE5能效标准的高效电机。启动过程涉及复杂电磁机械瞬态，传统有限元分析（FEA）计算量大且仿真耗时，特别是稳态性能评估。
本文提出快速分析方法，将电机数学模型与静磁有限元分析结合，绕过机电瞬态仿真。基于电压与转矩方程推导出两个稳态工作点，通过稳定性分析确定唯一稳定点，具体判据为电流矢量相位角小于最大转矩电压比（MTPV）角。
关键难点是dq轴电感非线性，受磁路饱和影响，算法将静磁FEA嵌入迭代框架，初值假设后用FEA计算非线性参数，再解数学模型获得新电流矢量，迭代至收敛保证唯一稳态工作点。后续采用电流源或电压源FEA计算电磁性能。对于2.2kW、4极原型机，该方法计算时间缩短约14倍，误差不足1%，实验验证准确实用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11080357
📖 第10篇
📌 基于对抗变分自编码器的无故障样本水下推进器故障检测与识别
Fault Detection and Identification of Underwater Thruster Without Fault Sample Based on Adversarial Variational Autoencoder
作者：Daqi Zhu，Tianhong Zeng
本文提出基于对抗变分自编码器（AdvVAE）的新型水下推进器故障检测与识别方法，巧妙结合对抗训练与VAE优势，无需故障样本训练，仅需推进器正常态下部分控制信号及对应电流、速度信号，有效解决故障样本匮乏问题。
无人水下航行器（UUV）推进器作为关键核心部件，故障占全部故障的50%以上。传统诊断方法依赖大量标注故障数据，难以满足现实需求。本文采用双VAE架构，通过两阶段对抗训练提升数据分布学习能力，仅用正常状态数据训练。测试阶段计算输入数据重构分数，并利用动态阈值估计自适应设定检测阈值，实现精准故障检测。
检测到故障后，模型利用重构分数与阈值信息，通过特定公式量化故障程度（推力损失百分比），实现端到端诊断。水池实验通过附加铁块模拟四种推力损失故障，结果显示AdvVAE检测准确率（F1得分达96.98%）和效率显著优于INNE、DIF和LSCP等算法，且预测故障程度与实际误差控制在3%以内，泛化和识别性能卓越。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11039058
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