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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2025年issue10推送（第9期/共10期）。本期推送共包含10篇研究论文，内容覆盖了先进控制理论、精密机电系统、机器人轨迹规划、电力电子变换器、电力系统稳定、移动机器人控制、多智能体博弈、医疗机器人、新型电机设计以及自供电传感系统等多个前沿领域。这些研究聚焦于高精度、高效率、强鲁棒性和智能化的系统设计与控制方法，旨在解决航空航天、高端制造、新能源、医疗自动化及物联网等领域的核心挑战。
本期目录
📖 第1篇：基于输入激励扰动分离的柔性航天器执行器退化节能姿态控制
📖 第2篇：柔性基础上磁悬浮涡轮分子泵的模态频率识别与抑制
📖 第3篇：带控制修正的动态运动基元：一种面向双臂异步任务的新型轨迹规划框架
📖 第4篇：考虑开关器件寄生参数的三相矩阵式双有源桥变换器新型软开关调制策略
📖 第5篇：抑制MMC-HVDC并网风电场次同步振荡的直流动态与内部谐波阻尼控制器优化
📖 第6篇：具有未知运动学的速度控制移动机械臂的预设时间同步全身控制
📖 第7篇：面向随机欺骗攻击下图形博弈的弹性纳什均衡求解及其在航天器系统中的应用
📖 第8篇：基于单位对偶四元数的机器人机械臂鲁棒力矩计算控制
📖 第9篇：基于转子分区设计的直驱轮毂永磁电机转矩与磁通调节能力主动平衡研究
📖 第10篇：基于单一多功能换能器的全波形加速度测量自适性能源自集成系统
📖 第1篇
📌 基于输入激励扰动分离的柔性航天器执行器退化节能姿态控制
Input Excitation Disturbance Separation-Based Energy-Saving Attitude Control for Flexible Spacecraft With Actuator Degradation
作者：Yukai Zhu，Yan Meng，Hao Teng，Yangyang Cui，Haipeng Chen
本文聚焦长期在轨任务中的柔性航天器执行器退化问题，面临执行器效能损失、未知偏置和柔性振动多重挑战。提出的核心技术路线基于输入激励扰动分离方法，创新设计了两阶段控制方案：第一阶段通过建立深度耦合的姿态动力学模型，设计了新颖的输入激励扰动观测器，成功将执行器退化参数与柔性振动扰动分离，支持高精度参数辨识；第二阶段结合滑模观测器与非奇异终端滑模控制，提出节能复合姿态控制律，实现对多种异质干扰的精准补偿，提升控制精度并降低能耗。
该方案通过引入分段函数形式的输入激励信号，分离混合干扰，结合参数辨识不受柔性振动影响，且设计滑模观测器估计扰动及辨识误差。控制律针对执行器退化（乘性）、偏置（加性）和柔性振动（隐性）干扰分别“对症下药”，避免传统方法因整体抑制而带来的过度能耗，体现显著节能优势。关键实现包含IEDO观测器设计和终端滑模控制规约。
通过数值仿真与硬件在环实验验证，所提方法实现了高精度执行器参数辨识，稳态控制精度较传统滑模提升一个数量级，且瞬态与稳态过程总能耗分别降低14.2%和8.4%。此项研究为存在复合干扰环境下的柔性航天器姿态控制提供了高效、节能的解决思路，具有重要的应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10950134
📖 第2篇
📌 柔性基础上磁悬浮涡轮分子泵的模态频率识别与抑制
Modal Frequencies Identification and Suppression for Magnetically Suspended Turbine Molecular Pumps With Flexible Foundation
作者：Kun Wang，Yang Yan，Shiqiang Zheng，Xue Han，Yin Zhang
本文针对磁悬浮涡轮分子泵系统中，由于柔性基础不确定性引发的多模态共振问题，提出了一种基于改进锁相环（PLL）的在线频率自识别方法。首先建立动力学模型揭示转子与柔性基础耦合对固有频率的影响，识别多模态频率是抑制共振的关键。
提出的三环PLL结构包含幅值估计环、相位估计环和偏移参数环，实现参数自适应调整并拓宽带宽，通过级联PLL准确识别多个随机分布的模态频率。该识别结果实时反馈给控制系统，动态调节陷波滤波器，有效抑制共振振动，保障系统稳定运行。
仿真与实验验证了方法快速识别（一般1秒内，误差小于1Hz）、高精度及良好抑振效果，且适用不同基础和转子状态。该研究为复杂柔性基础环境下MSTMP的稳定性保障和工业应用提供了有效技术支持，促进了高端半导体及精密仪器领域的发展。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10948458
📖 第3篇
📌 带控制修正的动态运动基元：一种面向双臂异步任务的新型轨迹规划框架
Modified Dynamic Movement Primitives With Control: A Novel Trajectory Planning Framework for Dual-Arm Asynchronous Tasks
作者：Kang Li，Hui Zhang，Bo Chen，Yiming Jiang，Chenguang Yang，Yaonan Wang
针对制药及精细液体处理工业中，双臂机器人异步协作面临的轨迹精度不足与端点偏差问题，本文提出结合模型预测控制（MPC）的动态运动基元（DMPs）控制框架，通过引入由MPC生成的耦合项，实现轨迹形状与端点的实时连续优化，解决传统DMPs难以精确复现的问题。
采用六组数值仿真验证改进框架显著提升双臂末端位置精度，平均误差控制提升81.37%。并通过ABB GoFa机器人完成真实液体处理任务，验证了方法在复杂工业环境中的稳定性和实用性，展示了面向多样化异步任务的泛化能力与鲁棒性。
该研究贡献在于：通过MPC耦合项提升目标点精度；设计数学约束保障轨迹学习泛化；开发具有广义位置能力的双臂异步系统，专注液体处理任务需求。为工业中高精度双臂异步任务轨迹规划提供了有效解决方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10945803
📖 第4篇
📌 考虑开关器件寄生参数的三相矩阵式双有源桥变换器新型软开关调制策略
Novel Soft Switching Modulation Strategy for Three-Phase Matrix-DAB Converter Considering the Parasitic Parameters of Switching Devices
作者：Han Zhang，Xiaoqiang Guo，Senyu Du，Baolin Li，Baocheng Wang
本文针对电动汽车充电桩高功率密度环境下，三相矩阵式双有源桥（Matrix-DAB）变换器轻载软开关难题，提出了综合考虑开关器件寄生参数的新型软开关调制策略。通过引入内部相移角，对变压器次级全桥变换器的开关电流进行精准调控，确保在极限轻载条件下实现软开关，缓解开关损耗。
策略基于EPS+SVM控制框架，融合IGBT等器件的等效电容模型，并提出基于数据手册的寄生电容计算与死区时间设计，提高了软开关轨迹计算精度和工程实用性。
实验结果显示，率先实现在低至10W极轻载条件下H桥开关的零电压开通与关断。相较传统策略，本方法软开关最小负载降低明显，结合专门设计及寄生参数考量，大幅提升轻载软开关性能和转换效率，拓展了Matrix-DAB变换器在便携高功率领域的应用潜力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10947056
📖 第5篇
📌 抑制MMC-HVDC并网风电场次同步振荡的直流动态与内部谐波阻尼控制器优化
Optimization of Damping Controller for Mitigating DC Dynamics and Internal Harmonics Causing Subsynchronous Oscillation in MMC-HVDC Connected Wind Farms
作者：Qianqian Zeng，Lei Lin，Xiaojie Shi，Qiong Chen
针对模块化多电平换流器（MMC）型高压直流（HVDC）系统中出现的由直流动态和内部谐波引发的次同步振荡（SSO）问题，本文首次揭示了振荡机理，指出MMC子模块电压及直流电流为主要诱因，且振荡频率由子模块电容和桥臂电感决定。
针对传统阻尼控制器抑制效果有限，提出结合MMC直流电压与电流的复合控制信号阻尼控制器，提升正阻尼能力。设计的高通滤波器仅隔离稳态直流分量，避免负面影响；并基于频率域插值法实现参数的自适应优化整定，提升控制器灵活性与有效性。
通过硬件在环实验，验证了SSO机理、改进控制器和参数优化流程，结果显示策略有效抑制MMC直流动态诱发的SSO，在功率变化和故障穿越工况均表现出良好的鲁棒性，为高比例可再生能源的安全消纳提供了坚实保障。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10960746
📖 第6篇
📌 具有未知运动学的速度控制移动机械臂的预设时间同步全身控制
Predefined-Time-Synchronized Whole-Body Control of Velocity-Controlled Mobile Manipulators With Unknown Kinematics
作者：Peng Yu，Siming Ma，Ning Tan
本文研究了集成轮式移动平台与机械臂构成的轮式移动机械臂（WMM）全身控制，重点解决运动学未知且实时不确定性带来的控制难题。创新提出了预设时间同步归零动力学模型，采用特殊非线性激活函数，确保多维度状态在用户预设时间内同步收敛。
为克服反馈信息不足，提出基于迭代梯度动力学的在线组合雅可比矩阵学习方法，仅利用末端位置信息实现运动学的全在线估计，减少依赖，提升算法通用性与适用范围。
仿真及实体实验表明，算法在多种WMM构型中实现了误差的预设时间内同步收敛，大幅提升轨迹跟踪精度和同步性能，同时表现出相较传统方法更优的收敛时间可控性和模型参数鲁棒性，为复杂动态环境中的WMM精密控制奠定基础。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10947570
📖 第7篇
📌 面向随机欺骗攻击下图形博弈的弹性纳什均衡求解及其在航天器系统中的应用
Resilient Nash Equilibrium Seeking for Graphic Game Subject to Stochastic Deception Attacks With Its Application to Spacecraft Systems
作者：Huanhuan Yuan，Yuan Yuan，Yuanqing Xia
针对多智能体图形博弈系统中，存在随机欺骗攻击与异常测量影响，本文提出了一种动态抗异常扩展状态观测器（ESO），通过动态饱和约束抑制异常数据干扰，有效提升状态估计精度。
考虑网络传输中的随机欺骗攻击，开展分布式纳什均衡求解策略设计，并利用均方意义量化均衡偏差上界，为系统在多对抗因素环境下实现有界ε-NE解提供理论保证。
通过仿真验证动态抗异常ESO优于静态和线性ESO抗异常性能，蒙特卡洛仿真表明欺骗概率增加均衡偏差加大。实物实验中，方法使多个轮式机器人在存在干扰和随机欺骗条件下成功收敛到目标NE，显著提升了系统鲁棒性与控制性能。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10933533
📖 第8篇
📌 基于单位对偶四元数的机器人机械臂鲁棒力矩计算控制
Robust Torque-Computed Control for a Robot Manipulator With Unit Dual Quaternion
作者：Xiangyun Li，Qi Lu，Zhiheng Huang，Kang Li
本文针对机器人辅助医疗中需实现六自由度无奇异末端位姿跟踪的难题，创新采用单位对偶四元数代数统一描述刚体的旋转和平移，避免传统表示法的奇异性和不连续性，实现高效耦合运动学建模。
设计基于不确定性与扰动估计器（UDE）的鲁棒控制器，实时估计并补偿模型参数不确定、外部干扰及机械非线性，提升系统动态响应与抗扰能力。特别针对腹腔镜手术中的远程运动中心（RCM）约束，基于对偶四元数空间构建无奇异约束模型，实现六自由度工具动作精准控制。
在Franka Emika七自由度机械臂上开展RCM操作实验，验证UDE控制器在标称及扰动环境下均实现优异的精度与鲁棒性，位置误差小于0.002米，姿态误差小于0.15度，明显优于传统控制方法。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10945815
📖 第9篇
📌 基于转子分区设计的直驱轮毂永磁电机转矩与磁通调节能力主动平衡研究
Rotor Regionalization Design and Investigation of Direct-Drive Hub PM Motor With Active-Balancing Between Torque and Flux Regulation Ability
作者：Xiaoyong Zhu，Wenqing Zhu，Zixuan Xiang，Min Jiang，Yuze Wu，Li Zhang
针对电动汽车轮毂电机在有限空间下难以兼顾低速大转矩与高速宽速域的矛盾，本文提出创新的转子分区设计方法，实现转矩能力与磁通调节能力的主动平衡与性能解耦。
将转子划分为转矩能力区、磁通调节能力区及公共区，通过磁阻与磁动势设计，分别优化三部分磁通，实现性能解耦。基于冻结磁通调节能力最大化转矩的设计理念，有效提升输出转矩同时保持调节能力。
性能测试表明，电机在维持约22.5%磁通调节能力的同时，转矩提升2.9 Nm，最大转速比达7.86，展示优异的宽速域能力。电磁仿真与样机实验验证了全工况稳定转矩输出及良好动态响应，机械强度满足工业要求，具备重要工程应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10933556
📖 第10篇
📌 基于单一多功能换能器的全波形加速度测量自适性能源自集成系统
Self-Adaptive Energy-Autonomous Integrated System for Full-Wave Acceleration Measurement with Single Multifunction Transducer
作者：Junchao Zhuo，Jinbo Liu，Jialin Liu，Weiqun Liu，Dawei Dong
针对结构健康监测（SHM）和物联网（IoT）领域中的长期免维护振动监测挑战，本文提出创新性的能量自给集成系统（EAIS），采用单一压电悬臂梁同时实现能量采集与全波形加速度传感，首次实现自供电系统对振动信号的完整时域采集。
系统基于电子开关的时间分复用策略，实现在能量采集与传感间的快速切换。传感阶段实现压电换能器开路，其电压与加速度线性相关，通过专用信号调理电路采集到完整正负半波，克服了传统自供电传感只能获取部分信息的限制。
系统自启动后，交替循环进行能量采集阶段（T_H）与加速度传感阶段（T_S），配合微控制器动态调节采集时长保证能量平衡，实现真正的能量自治。实验表明，在37.4 Hz、0.05 g激励下采集功率达600 µW，最短采样间隔5秒，测量误差仅1.1%。
进一步验证了系统在非谐波及带限噪声激励下的加速度信号＜span style="color:#ff0000;font-weight:bold;">5%误差高精度恢复能力，结合低功耗蓝牙实现无线传输，具备轨道振动监测等实际应用潜力，推动了高性能自供电传感技术的发展。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10948498
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