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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2025年issue10推送（第6期/共10期）。本期推送共包含10篇研究论文简介，内容聚焦于电力电子与电机驱动系统的前沿控制技术、新型拓扑与器件设计，具体涵盖基于深度学习的微电网韧性控制、永磁辅助同步磁阻电机与内置式永磁同步电机的无传感器控制、桥式起重机的自适应控制、光伏双输入变换器的环流抑制、毫米级压电驱动器、高频无线供电系统调谐、面向欧7标准的车辆排放控制、复杂结构电机的磁导网络建模以及超短双极性高压脉冲发生器等关键主题。
本期目录
📖 第1篇：基于深度学习增强的变流器微电网韧性控制
📖 第2篇：面向风机与泵类应用的永磁辅助同步磁阻电机无位置传感器启动方案
📖 第3篇：基于双相吸引子趋近律与神经网络的桥式起重机自适应控制
📖 第4篇：集成失配功率处理单元的双输入变换器环流抑制方法
📖 第5篇：毫米级高功率密度线性压电谐振驱动器
📖 第6篇：面向6.78 MHz无线供电系统的多约束临界零电压开关调谐方法
📖 第7篇：一种基于电流导数差分的通用无传感器伺服控制器：面向IPMSM且具有最小PWM失真
📖 第8篇：面向欧7标准的车辆选择性催化还原系统新型分层控制方法：算法、平台与测试
📖 第9篇：面向面包型结构SPM电机的新型磁导网络模型
📖 第10篇：一种新型超短双极性高压脉冲功率发生器
📖 第1篇
📌 基于深度学习增强的变流器微电网韧性控制
Resilient Control of Converter-Based Microgrids Enhanced by Deep Learning
作者：Mohammad Sadegh Eslahi，Sadegh Vaez-Zadeh
随着可再生能源渗透率不断提高，基于电力电子变流器的电源正成为未来电力系统的主要能源形式。然而，这类电源在提升占比的同时，也面临着电网结构脆弱、运行条件复杂、参数易变以及网络攻击等新挑战，亟需增强其运行韧性。本文提出了一种改进的复合控制方法，旨在显著提升并网变流器在多种扰动下的韧性与性能。
研究的核心创新在于将深度强化学习与传统复合控制方法深度融合。传统方法（如矢量控制和直接功率控制）虽各有优势，但在应对电网电压不平衡、扰动、严重负载变化及对称电压骤降等多重风险时，往往能力有限或需增加复杂组件，可能引入新的不稳定因素。本文提出的方法首先改进了参考电流的计算策略，使其尽可能减少对电网电压测量值和系统参数的依赖，从而在电压扰动和不平衡条件下仍能保持良好性能，满足电网规范要求。
更为关键的是，研究引入了基于双延迟深度确定性策略梯度算法的深度强化学习模块。该智能单元使控制系统具备了与传统方法不同的第四种韧性特性——适应性，即系统能够与环境（电网）交互，并从事件中学习新信息，从而动态优化其鲁棒性、资源性和快速恢复能力。仿真与实验结果表明，与传统方法相比，所提出的深度强化学习增强型复合控制方法能将电流总谐波畸变率降低约35%，将开关损耗减少50%，并在动态条件下消除超调现象。这些改进是在平均开关频率显著降低的背景下实现的，不仅提升了电能质量，还降低了开关器件故障风险，增强了系统整体可靠性。
此项研究为未来高比例变流器接入的微电网和电力系统提供了一种更智能、更全面的韧性提升方案。它表明，通过将先进的人工智能算法与成熟的电力电子控制理论相结合，可以有效应对复杂多变的电网环境，确保能源系统的安全、稳定与高效运行。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10948405
📖 第2篇
📌 面向风机与泵类应用的永磁辅助同步磁阻电机无位置传感器启动方案
Startup Scheme for Shaft-Sensorless PMa-SynRM Drives for Fan and Pump Applications
作者：Darko P. Marčetić，Petar R. Matić
永磁辅助同步磁阻电机（PMa-SynRM）因其结合了同步磁阻电机的低成本优势与永磁体对功率因数的改善能力，在风机、泵类等工业应用中备受关注。然而，其弱永磁体与磁阻凸极垂直布置的特殊结构，给无位置传感器控制，尤其是在零速或低速启动阶段，带来了显著挑战。传统的初始转子位置检测方法（如大电流脉冲法）可能损伤弱磁体或引发启动失败。
本文提出了一种创新的集成化无位置传感器启动控制策略，旨在优化PMa-SynRM在风机和泵类应用中的启动性能。该策略的核心创新在于巧妙地利用了PMa-SynRM固有的转子“停车”位置不对称性。通过注入一个较小的直流电流使转子预定位，再结合一个短暂的高频电压测试信号序列，即可准确判断转子的实际停车位置和永磁体的极性方向。这一方法避免了为检测弱磁体极性而施加高幅值反极性电流脉冲的风险，实现了对驱动系统友好且鲁棒的磁场定向控制初始化。
在成功初始化后，为实现从零速开始的可靠启动，研究采用了混合式无位置传感器算法。在极低转速区，继续利用高频信号注入法进行转子位置与速度估算。一旦转速达到预设过渡速度（如250 rpm），系统无缝切换至基于模型的扩展反电动势估计算法。为确保算法在PMa-SynRM弱磁、低反电势工况下的鲁棒性，特别提出了“EEMF增强”技术，优化电流矢量控制，在轻载时适当提升q轴电流，放大可观测反电势信号，保障低速稳定切换与运行。
此外，为满足快速启动对转矩响应速度的要求，本文摒弃传统的最大转矩电流比控制，转而采用最小安培每转矩控制策略（MAPT）。该策略确保转矩增益恒为1，参考转矩与输出转矩线性对应，大幅简化速度环调节器的参数整定，提升动态转矩响应速度，同时保持与MTPA相同的稳态铜耗最小优势。实验基于面向泵类的低成本PMa-SynRM无传感器驱动器平台，验证了所提策略的有效性，展现了快速、平滑、无反转启动能力，位置估算误差低，动态性能优异。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10964361
📖 第3篇
📌 基于双相吸引子趋近律与神经网络的桥式起重机自适应控制
Two-Phase Attractors Reaching Law-Based Adaptive Control With Neural Network for Overhead Cranes
作者：Zhengyang Zhu，Xiongxiong He
桥式起重机作为典型欠驱动系统，在工业物流中广泛应用。其核心挑战是仅凭单一电机驱动，实现台车精确定位与负载摆动抑制。传统方法依赖精确系统模型，但实际工况存在未建模动态和参数不确定性（如负载变化、摩擦、外扰等），导致性能下降甚至安全隐患。
本文提出融合双相吸引子趋近律与神经网络的自适应控制策略。创新点包括：设计新颖的双相吸引子趋近律，动态调整幂次，实现滑模变量的有限时间收敛及收敛时间解析表达；引入结构简洁的自适应神经网络，无需线性化系统模型，降低模型依赖，增强控制器在参数扰动和未知干扰下的鲁棒性。
理论分析证明即使存在神经网络逼近误差，闭环系统仍稳定。实际桥式起重机平台对比试验表明，本文控制策略在台车定位精准度、负载摆角抑制及抗扰动能力上优于传统滑模控制和扰动观测器结合方式。特别是在参数不准或突发扰动时，能够快速重新定位且几乎消除残余摆动，展示强大应用潜力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10938705
📖 第4篇
📌 集成失配功率处理单元的双输入变换器环流抑制方法
A Circulating Current Suppression Method for Dual-Input Converter With Integrated Mismatch Power Processing Unit
作者：Zisen Lin，Shangzhi Pan，Yu Chen，Zifan Li，Ruixuan Wang，Jinwu Gong，Liangzhong Yao
住宅光伏发电系统中，微型逆变器因模块化即插即用受到青睐，但传统模块功率低且结构复杂，导致单位瓦特成本高。多端口隔离DC/DC变换器可同时处理多个光伏模块功率，简化结构、降低成本。其中，集成失配功率处理单元（MP2U）的双输入变换器有效消除脉宽调制控制对功率传输能力的限制，但存在显著的环流问题，增加开关损耗并限制效率提升。
本文提出环流抑制方法，利用改变MP2U内部移相角，通过其额外工作状态重构工作状态序列，调节电流波形。所提的CCSM控制在输入端口匹配时完全消除环流，在端口失配时大幅抑制环流，实现整体效率提升。
研究深入分析环流产生机理，验证CCSM通过内部移相角调整，实现特定工作状态组合，保障了匹配条件下的环流消除和失配条件下的电流减幅，同时保证开关的软开关操作。500W原理样机实验表明，CCSM控制下匹配条件峰值效率达97.6%，较未用CCSM提升1.3%；失配条件下效率提升约1.5%，动态响应表现优异。该方法为多端口能量交互场景提供高效解决方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10950107
📖 第5篇
📌 毫米级高功率密度线性压电谐振驱动器
A Millimeter-Scale, High-Power Density Linear Piezoelectric Resonant Actuator
作者：Xiangmeng Lv，Zhuangzhuang He，Rongqi Zhu，Bing Wang，Xiangyi Wang，Ronglei Zhu，Zhanmiao Li，Chunli Zhang，Shuxiang Dong
近年来，集成压电驱动技术的微纳系统备受关注。本文提出一种毫米级线性压电谐振驱动器，创新点在于采用中心孔缺陷的压电陶瓷-金属复合棒结构，通过人为缺陷设计显著提升性能。
驱动器工作于两个正交耦合的一阶弯曲振动模式，中心孔缺陷引发刚度局部突降，显著增强中心振动振幅，从而提升机电耦合效率和界面驱动效果。团队推导了双相等效电路模型，理论解析了性能增强机理。
实验在190.8 kHz和100 V峰峰值电压下，驱动器重量0.149克，通过中心谐振振动摩擦驱动滑块线性运动，最大牵引力0.34 N，最大速度308 mm/s，开环控制最小步进位移达30 nm。功率密度高达0.67 W/cm³，较同类产品提升3至20倍。
该设计通过结构缺陷主动调控刚度分布，而非依赖材料性能提升，是微型压电驱动性能优化的新思路。驱动器兼具高速度、高负载、高分辨率及负载重量比达228的优势，适用光学成像、微型机器人、精密制造等领域。未来有望应用于智能手机摄像头、无人机云台和显微镜自动对焦等微型智能设备。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10959321
📖 第6篇
📌 面向6.78 MHz无线供电系统的多约束临界零电压开关调谐方法
A Multicriteria Constrained Tuning Method With Critical ZVS Operation for 6.78 MHz WPTS
作者：Chenxu Zhao，Guochun Xiao，Lei Zhu，Zetu Gao，Min Wu，Laili Wang，Zhengchao Yan
兆赫兹（MHz）频段无线功率传输系统（WPTS）中，LCC-S型谐振网络因负载无关的恒流/恒压输出及较高设计自由度备受关注。但在6.78 MHz高频场景下，为实现全桥逆变器的临界零电压开关（ZVS），传统完全谐振调谐思路受限，网络需适度失谐以承载高次谐波，同时寄生电阻影响更显著，给参数设计带来难题。
针对上述，本文提出面向LCC-S型全桥6.78 MHz WPTS的多约束临界ZVS调谐方法。核心在于结合时间域与频率域分析，确保全负载范围临界ZVS，同时优化目标工况系统效率。研究建立含等效串联电阻（ESR）的精确电路模型，推导实现临界ZVS的准确电荷条件。将设计目标分级：优先保证全负载临界ZVS，次满足额定输出功率约束，最终在可行域内优化整体效率。引入中间变量，数值求解解析方程，实现计算复杂度与精度平衡。
构建65W GaN基全桥6.78 MHz WPTS原型机验证有效性。实验显示，该方法调谐系统在全负载范围均可临界ZVS。在输出功率77.14 W和62.52 W时效率分别达88.51%和88.29%。与对照组相比，功率损耗降低18.28%，负载范围内相对损耗降低15.7%，显著提升系统可靠性和能效。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10957838
📖 第7篇
📌 一种基于电流导数差分的通用无传感器伺服控制器：面向IPMSM且具有最小PWM失真
A Novel Current Derivative Differential-Based General-Purpose Sensorless Servo Controller for IPMSMs With Minimal PWM Distortion
作者：Ziyan Zhao，Chuxiong Hu，Shuaihu Wu，Ze Wang，Yu Zhu
内置式永磁同步电机（IPMSM）因具备高功率密度、高效率和高精度，被广泛用于交通运输、制造及实验室。传统控制依赖编码器等位置传感器，增加成本及降低可靠性。无传感器控制技术通过估计定子电信号中的转子位置，支持系统小型化和成本降低。然而，实现通用无传感器伺服控制（GPS²C）挑战巨大，需确保整个速度与负载范围及高动态条件下位置反馈鲁棒。
现有方法分基于磁场基波和基于凸极效应两类。基波法高速表现好，低速零速区信噪比差；凸极法利用高频信号注入，低速有效，但引发PWM序列失真，导致电流纹波恶化、噪声产生及效率降低。结合两者虽覆盖全速域，但低效率问题限制工业应用。
为此，本文提出基于电流导数差分（CDD）的通用无传感器伺服控制方法（CDD-GPS²C）。核心技术为直接测量PWM电压开关瞬时前后电流导数差值，提取转子位置信息。区别于传统基于基本PWM激励（FPE）视电流导数为常数，该方法利用开关前后紧密间隔的导数差，显著抑制系统误差。且灵活利用所有PWM上升沿，避免修改经典SVPWM策略，确保大多数情况下无额外失真。
实验结果显示，相较现有宽速域无传感器控制，CDD-GPS²C的PWM失真最小，有助节能。在静态定位及动态位置/速度轨迹追踪控制（含负载变化）中表现出色。成功实现多种复杂工况，无传感器速度和位置伺服控制，显示广泛工业应用潜力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10934801
📖 第8篇
📌 面向欧7标准的车辆选择性催化还原系统新型分层控制方法：算法、平台与测试
A Novel Hierarchical Control Method for Vehicle Selective Catalytic Reduction System toward Euro 7: Algorithm, Platform and Testing
作者：Bo Wang，Yunfeng Hu，Jing Zhao，Yao Sun，Lulu Guo，Jinghua Zhao，Pak Kin Wong，Hong Chen
面对欧7法规对氮氧化物（NOx）和氨气（NH3）排放的严格限制，传统选择性催化还原（SCR）控制已难满足新标准。本文提出创新的分层控制框架，协同降低NOx和NH3排放，满足未来法规要求。
框架结合非线性模型预测控制器（NMPC）和二阶滑模控制器（SO-SMC）。上层NMPC优化实时目标氨覆盖率（θ），利用打靶法与梯度下降法（SM-GD）高效求解多目标优化，平衡NOx转化效率和NH3逃逸。下层SO-SMC负责快速稳定跟踪最优θ，采用新型不连续控制项增强鲁棒性并抑制抖振。此外设计基于扩展卡尔曼滤波（EKF）和先验知识的闭环观测器，精确估计实时θ。
通过包含dSPACE快速原型、7.5L柴油机及电力测功机的真实台架，基于全球统一瞬态循环（WHTC）进行冷、热启动测试。结果显示，热启动条件下NOx排放降低54.49%，NH3逃逸峰值降低34.80%，平均逃逸量减少14.42%；冷启动条件下分别降低17.08%、27.18%、28.74%。此方案提升排放控制效果显著。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10934802
📖 第9篇
📌 面向面包型结构SPM电机的新型磁导网络模型
A Novel Magnetic Permeance Network Model for SPM Machine With Bread-Loaf Structure
作者：Baocheng Guo，Yanchen Wu，Fei Peng
表面贴装永磁（SPM）电机因高功率密度、高效率及结构简单，在伺服系统等广泛应用。为减小齿槽转矩与脉动，永磁体设计为复杂面包型结构。对该类复杂几何结构进行精确高效电磁分析是电机设计难点。有限元法（FEM）虽精确，但建模计算耗时且难快速揭示参数间关系；磁路等效法（MEC）平衡计算与精度，但对复杂几何仍有限制。
本文提出面向面包型结构SPM电机的新型磁导网络（PN）模型。基于网络拓扑，创新将电机部件离散为扇形及三角形单元组合。相较传统基于磁阻网络模型，PN模型更准确等效不规则复杂结构，磁导计算更简便，建模效率更高。自动化网络构建显著减少人工工作，针对磁导饱和与转子运动提出加速策略。
以1台12槽8极面包型永磁SPM电机为原型建模，PN模型计算气隙磁密、电动势及转矩波形与有限元及实验吻合好，最大误差控制在10%以内。相比有限元模型，所需单元数更少，基于节点的网络矩阵进一步提升求解速度。该模型适合电机初期设计性能分析及优化，并可扩展至轴向电机等复杂形状电磁装置，为高性能电机设计提供重要基础。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10944789
📖 第10篇
📌 一种新型超短双极性高压脉冲功率发生器
A Novel Ultrashort Bipolar High-Voltage Pulsed Power Generator
作者：Wenbin Zhang，Munan Lin，Haibo Li，Xin Qi
双极性高压脉冲广泛应用于粒子加速器、生物电化学、无线电工程和水处理等领域。传统产生方法依赖多级模块及多开关，导致电路复杂，触发机制和连接繁琐。本文提出创新的双极性高压脉冲功率发生器拓扑结构。
发生器核心创新是将磁开关、半导体开路开关、旋磁非线性传输线及短路传输线巧妙结合。工作分三阶段：先由磁开关和半导体开路开关形成初始单极性脉冲；再通过旋磁非线性传输线锐化脉冲，压缩前沿；最后利用短路传输线将锐化单极性脉冲转换成双极性脉冲，无需额外开关，实现电路简化及超短脉冲宽度。
仿真与实验验证表明，发生器在50Ω负载下能产生峰值电压达10kV、半高全宽仅2.0纳秒的超短双极性高压脉冲。通过调节充电电压、GNLTL偏置磁场及STL长度，能有效调控输出脉冲幅值和形状。相比传统磁开关和饱和脉冲变压器方案，本方案仅用单级及一个MOSFET开关，实现更窄脉冲，避免伪火花和雪崩晶体管的稳定性问题。
该发生器为粒子束斩波、超快电穿孔等高精度超快时序控制应用提供高性能且可靠的脉冲功率解决方案。后续工作将聚焦旋磁非线性传输线阻抗匹配优化和线性变压器驱动器等技术提升输出性能。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10929761
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