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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2025年issue11推送（第3期/共11期）。本期精选了10篇研究论文，内容聚焦于电力电子与电机驱动、先进控制理论与应用，以及机器人学与智能系统三大前沿领域。具体涵盖了高效电池均衡器设计、并网变换器稳定性增强、模块化多电平换流器建模、永磁同步电机高性能控制策略（包括延迟补偿与弱磁控制）、自抗扰控制与PID的范式融合，以及面向缆驱连续体机器人、球形机器人和微型三足机器人的创新运动控制与机构设计。这些研究从电路拓扑、控制算法到系统集成，为解决能源、驱动与自动化领域的核心挑战提供了新颖的思路与高效的解决方案。
本期目录
📖 第1篇：基于软开关谐振电路的24节电池主动隔离式均衡器
📖 第2篇：一种实现全频段无源输入导纳的并网电压源变换器自适应有源阻尼方法
📖 第3篇：模块化多电平换流器解析型闭环稳态模型
📖 第4篇：永磁同步电机无差拍预测电流控制的输入延迟补偿策略
📖 第5篇：基于带宽的永磁同步电机弱磁控制调速自适应整定方法
📖 第6篇：面向误差型自抗扰控制的级联滤波PID范式：等价性、设计与实现指南
📖 第7篇：缆驱连续体机器人复合运动控制：一种基于辅助系统的补偿方法
📖 第8篇：基于切换仿射系统建模的三相AC-DC功率变换器数据驱动控制
📖 第9篇：深度强化学习在球形机器人目标跟踪中的应用研究
📖 第10篇：受企鹅摇摆步态启发的微型欠驱动三足机器人开发
📖 第1篇
📌 基于软开关谐振电路的24节电池主动隔离式均衡器
An Active Isolated Battery Equalizer for 24-Cell Based on Soft-Switching Resonant Circuits
作者：Chunjian Cai，Jianglin Nie，Shijie Jiao，Siyang Liu，Shun Wang，Lan Ma，Zeliang Shu
锂离子电池单体电压较低，通常需要串联成组以满足高电压应用需求。然而，由于制造工艺和使用环境等差异，串联电池组中不可避免地会出现电压不均衡现象。这不仅降低电池组的可用容量和循环寿命，还可能导致过充、过放等安全问题。为此，本文提出了基于多绕组变压器和LLC谐振软开关技术的创新型主动隔离式电池均衡器，结构仅需两个磁性元件和每节电池一个开关，大幅降低复杂度和成本。
该均衡器核心为半桥LLC谐振变换器，可在电池组总线与任意单体电池间构建能量传输通路，多绕组变压器实现电气隔离和灵活分配，支持非相邻电池间高效能量转移。LLC谐振腔保证所有开关管零电压开关（ZVS），开关损耗大幅降低，系统峰值效率达97.5%。
本文还创新提出了“可变分组控制策略”，根据电池电压分布动态调整均衡模块数量，初期快速充电低电压电池，推进时逐步激活更多模块并加大高电压电池放电电流，显著提升均衡速度。实验采用100kHz工作频率搭建24节钛酸锂电池均衡样机，实测结果显示，该均衡器可在多种工况下将电池电压差迅速收敛至毫伏级，兼顾结构精简、效率高与高度灵活。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10980432
📖 第2篇
📌 一种实现全频段无源输入导纳的并网电压源变换器自适应有源阻尼方法
An Adaptive Active Damping Method for Grid-Connected Voltage-Source Converters to Achieve Passive Input Admittance
作者：Yuguo Li，Hao Yi，Zebin Yang，Xin Jiang
数字控制的电压源变换器（VSC）是可再生能源并网和高功率因数系统中的核心部件。然而，VSC与电网阻抗动态交互引发高频失稳问题。为避免此类失稳，需实现VSC输入导纳在奈奎斯特频率以下全频段呈现无源特性。本文创新提出了自适应参数切换的电压反馈有源阻尼控制方法，结合正负反馈设计，预设三组参数覆盖全频段无源导纳。
理论建模验证了采样频率混叠及脉宽调制边带频率耦合对高频稳定性影响可忽略，证明了基于阻抗/导纳模型的稳定性分析方法可靠。首创在奈奎斯特频率附近实现负反馈极性无源导纳，配合32点快速傅里叶变换实现快速振荡频率检测，显著降低计算复杂度。
仿真实验证明，该方法在电网阻抗谐振频率波动时能实现毫秒级参数切换抑振，分辨率要求低于现有方案。方法与谐波电流控制解耦，兼容含谐波电网环境，保持稳定运行。该方案为成本敏感并网变换器提供高效振荡抑制，提升电力系统稳定性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10969626
📖 第3篇
📌 模块化多电平换流器解析型闭环稳态模型
An Analytical Closed-Loop Steady-State Model for Modular Multilevel Converters
作者：Zhixiang Li，Yunqing Pei，Lu Chen，Laili Wang，Wei Cao，Zesong Leng
模块化多电平换流器（MMC）因其高可靠性、可扩展性和优异谐波性能而广泛应用于中高压领域。设计过程中需对稳态性能进行分析，现有闭环模型依赖迭代法求解非线性方程组，存在计算耗时和不收敛风险。
本文首次提出解析型闭环稳态模型，通过引入桥臂电压和电容能量作为中间变量，消除非线性乘积项，使所有电气量均能解析表达计算，无需迭代。
该模型保留传统闭环模型精度，同时显著提升计算效率与可靠性。仿真与实验显示，在扫描全功率范围以确定最大电容电压峰值的应用中，计算耗时低于传统模型的2%，展现卓越工程实用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10979363
📖 第4篇
📌 永磁同步电机无差拍预测电流控制的输入延迟补偿策略
An Input-Delay Compensation Strategy for Deadbeat Predictive Current Control of PMSM
作者：Hongzhe Wang，Chun Gan，Haotian Ren，Chong Zhang，Xinzheng Shan，Ronghai Qu
永磁同步电机（PMSM）领域，无差拍预测电流控制（DPCC）因其快速动态响应和优异稳态性能被广泛关注。但电流测量信号调理电路（SCC）引入的输入延迟常被忽视，导致预测误差与控制性能下降。
本文提出基于SCC频率特性辨识的两阶段补偿策略，包括利用相位滞后构建查找表精确计算延迟，以及通过相移采样补偿技术实时调整采样时刻，根本消除输入延迟误差。
该策略无参数模型依赖，具备鲁棒性且易实施。实验平台测试表明，补偿后电流超调从62.5%降至6%，调节时间从数百开关周期缩短至5个周期，且稳态总谐波畸变率降至4.02%，显著提升动态和稳态性能。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10980636
📖 第5篇
📌 基于带宽的永磁同步电机弱磁控制调速自适应整定方法
Bandwidth-Based Tuning Method for PMSM Field-Weakening Control With Speed Adaptation
作者：Linzhi Wang，Yong Yu，Bo Wang，Dianguo Xu
永磁同步电机（PMSM）广泛应用于轨道交通、电动汽车等领域，弱磁控制是提升高转速输出的关键技术。传统P–I电压调节器受电压非线性影响，控制器整定困难且难以兼顾动态与稳态性能。
本文提出基于带宽理念的速度自适应弱磁控制整定方法，通过对非线性环节预计算和引入转速自适应变量，将非线性系统转化为线性系统，并从频域视角推出整定准则，仅需设定系统带宽参数。
速度自适应P–I调节器根据运行状态动态调整比例与积分系数，简化为单自由度整定。实验表明该方法对多工况均有效，较传统方法表现出调定简明和性能优异的优势。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10964337
📖 第6篇
📌 面向误差型自抗扰控制的级联滤波PID范式：等价性、设计与实现指南
Cascaded Filter PID Paradigm for Error-Based Active Disturbance Rejection Control: Equivalence, Design, and Implementation Guidelines
作者：Mengying Cao，Jun Yang，Shihua Li，Rafal Madonski，Wenchao Xue
虽然比例-积分-微分（PID）控制器结构简单且应用广泛，但面对复杂控制需求，自抗扰控制（ADRC）因估计补偿总扰动能力备受关注。特别是误差型自抗扰控制（eADRC）与PID形式接近，但参数整定和实现仍存在壁垒。
本文提出面向eADRC的级联滤波PID范式（F-PIDn），揭示了PIDn与eADRC的深刻结构及参数联系，通过级联特定滤波器和参数映射，实现等价转换，兼具鲁棒性和扰动抑制能力。
创新扩展适用于一般n阶系统，建立严格数学关系，为两种控制方案建立桥梁，同时利用eADRC现有整定工具简化PIDn设计。实验证明该范式显著提升了永磁同步电机位置控制的动态响应与抗干扰能力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10985810
📖 第7篇
📌 缆驱连续体机器人复合运动控制：一种基于辅助系统的补偿方法
Composite Motion Control of Cable-Driven Continuum Robots: An Auxiliary-System Based Compensation Method
作者：Kuan Zhang，Yanhong Liu，Benyan Huo，Zhenlong Wu，Hongnian Yu
缆驱连续体机器人具备高灵活性和良好安全性，广泛应用于微创手术、灾难救援等复杂环境。运动控制面临模型不确定性、执行器饱和及测量延迟等耦合问题，严重影响跟踪精度和鲁棒性。
本文提出基于辅助系统的复合控制框架，包括时滞辅助系统、扰动辅助系统和饱和辅助系统，分别处理时滞、扰动和执行器输出限制；综合输出设计含比例微分及三项补偿的反馈控制器。
理论分析保证闭环稳定性，仿真及实验相较ESO-ASC、i-ADRC与PID控制表现优越，定点跟踪调节时间减少30%，均方根误差降低33%，抗干扰和相位滞后表现优异，为连续体机器人高性能运动控制提供重要方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10966430
📖 第8篇
📌 基于切换仿射系统建模的三相AC-DC功率变换器数据驱动控制
Data-Driven Control for Three-Phase AC–DC Power Converters Modeled by Switched Affine Systems
作者：Xiaozeng Xu，Yanzheng Zhu，Xinkai Chen，Chun-Yi Su
三相AC-DC功率变换器是电能转换关键设备，传统控制依赖精确数学模型，受参数变化影响性能下降。本文提出创新的数据驱动切换控制策略，将变换器建模为离散时间切换仿射系统（SAS）并基于实验数据直接设计控制器。
构建切换多偏移点依赖Lyapunov函数，推导出基于实验数据的充分条件，确保系统状态轨迹收敛至由稳态行为确定的极限环，理论框架有效处理时变仿射参数及不确定性。
实验在多负载条件验证方法有效，输出电压稳定在目标3V附近，三相输入电流平衡。数据驱动方案虽波动略大，但在模型不精确或参数变化环境中展现更强适应性和鲁棒性，为功率变换器控制提供新思路。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10994531
📖 第9篇
📌 深度强化学习在球形机器人目标跟踪中的应用研究
Deep Reinforcement Learning Applied to a Spherical Robot for Target Tracking
作者：Omar Escorza，Gonzalo Garcia，Ernesto Fabregas，Sergio A. Velastin，Azim Eskandarian，Gonzalo Farias
随着移动机器人感知与执行单元增多，传统线性控制面临挑战。本文提出基于深度强化学习（DRL）的球形机器人控制方法，结合位置、速度和航向信息，实现对真实机器人的精准控制，克服多变量与非线性特性难题。
开发三种DRL控制器，采用深度Q网络（DQN）和深度确定性策略梯度（DDPG）算法。训练基于简化状态空间模型，验证采用高保真物理引擎模型和视觉定位系统。关键优势为自主学习最优控制律，适应系统复杂性。
位置控制测试显示，双输出DDPG控制器在积分绝对误差（IAE）、积分平方误差（ISE）等指标优于传统方案，抵达目标时间最短，运动轨迹更平滑。DRL控制器具备更强适应性与鲁棒性，对复杂任务展现极大潜力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10975013
📖 第10篇
📌 受企鹅摇摆步态启发的微型欠驱动三足机器人开发
Development of a Miniature Underactuated Tripod Robot Inspired by Penguin Waddling Gait
作者：Youwei Liu，Shijing Zhang，Jie Deng，Jing Li，Junkao Liu，Yingxiang Liu
微型机器人因体积小、轻量和灵活，在环境监测及狭窄空间作业有广泛应用，但高集成轻量化设计长期挑战。本文从企鹅摇摆步态获取灵感，设计单偏心电机驱动的振动直驱（VDD）微型三足机器人，实现了新型欠驱动机器人结构与运动原理。
机器人采用3D打印对称主体，尺寸33×29×23毫米，12克重量。将机载电源与控制系统作为偏心质量块，通过非对称布局实现重心偏移，以单激励源驱动多自由度运动。通过交替正负脉宽调制激发电机正反转，实现类似企鹅摇摆的平滑前进与旋转运动。
实验验证表明，在PVC等多种材质平面运动性能优异，最大旋转速度达61.2度/秒，直线运动速度约0.67体长/秒。机器人负载能力达143克，约自重11.92倍，运输成本最低27.98，展现出极高能效和负载性能。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10980468
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