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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2025年issue12推送（第6期/共27期）。本期推送共精选了10篇研究论文，聚焦于电机驱动与控制、电力电子变换器、机器人运动规划、智能故障诊断以及先进建模与仿真等前沿领域。这些研究涵盖了从开关磁阻电机无位置传感器控制、编码器误差补偿，到风力发电机智能诊断、物流机器人平滑控制，再到并网变换器功率解耦、无线输电效率提升等关键技术，集中体现了现代工业电子系统在提升精度、鲁棒性、智能化与开发效率方面的最新进展。
本期目录
📖 第1篇：基于未对齐转子位置估计的开关磁阻电机中高速无位置传感器控制
📖 第2篇：非稳态条件下高精度转速获取的偏心误差建模与补偿
📖 第3篇：面向小样本条件的多模态数据增强风力发电机故障诊断方法
📖 第4篇：基于神经动力学的视觉伺服预测控制：提升物流全向机器人运动平滑性
📖 第5篇：差分降压并网DC-AC变换器的非线性自动功率解耦控制
📖 第6篇：面向动态非线性最小二乘问题的新型抗噪归零神经动力学算法及其机器人应用
📖 第7篇：面向非正弦反电动势双三相永磁同步电机的无电机参数预测电流控制及谐波电流抑制
📖 第8篇：基于自适应阻抗匹配的S-S补偿感应式无线输电系统功率传输性能提升
📖 第9篇：考虑饱和与空间谐波的IPM驱动数字孪生控制系统快速原型设计：实现快速开发与精准仿真
📖 第10篇：磁悬浮应用双馈直线电机的小信号建模与解耦控制
📖 第1篇
📌 基于未对齐转子位置估计的开关磁阻电机中高速无位置传感器控制
Medium-to-High Speed Range Sensorless Control of SRM Drives Based on Unaligned Rotor Position Estimation
作者：Xiaodong Sun，Zhengxiong Xu，Mingzhang Pan，Chao Sun，Gang Lei
开关磁阻电机（SRM）以其结构简单、效率高、功率密度大和鲁棒性强为特点，广泛应用于工业自动化、电动汽车及航空航天领域。传统SRM控制依赖于位置传感器获取转子信息，但这些设备容易受灰尘、湿度及温度影响，降低系统可靠性。为提升系统适应性与可靠性，本文提出了基于未对齐转子位置估计的中高速无位置传感器控制策略，创新点在于通过检测相磁阻斜率负过零点实现精准转子位置估计，并有效避开磁饱和区域带来的误差。
方法涵盖两种控制模式：电流斩波控制（CCC）与角度位置控制（APC）。在CCC模式下，导通角处于未对齐位置，难以直接检测特征点，采用进相脉冲注入（IPI）方法补全磁阻曲线，实现准确特征点捕获；APC模式中，由于导通角提前且相电流较大，可直接检测负过零点，省去额外注入步骤，简化控制流程。
设计了一套模式切换策略，基于逻辑判断实现CCC与APC间平滑过渡，保证2000 r/min至6000 r/min范围内控制的无缝衔接及位置估计精度。为增强容错能力，引入基于故障相跳过（FPS）的补救措施，在单相故障时跳过故障相，利用健康相保持转子位置准确估计。实验表明该策略具有显著的鲁棒性，即使B相故障亦能正常运行。综上，此控制方案显著提升了SRM中高速控制性能及系统可靠性，具备广泛工程应用潜力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11006726
📖 第2篇
📌 非稳态条件下高精度转速获取的偏心误差建模与补偿
Modeling and Compensation of Eccentricity Errors for Accurate Speed Acquisition in Nonstationary Conditions
作者：Xingchao Yin，Yu Guo，Jing Na，Jiawei Fan
增量式光学编码器在制造安装中不可避免产生偏心误差，导致角度测量精度降低及IAS信号引入显著噪声。现有补偿方法效率低、且在非稳态条件下表现不佳。本文针对编码器偏心误差与刻线形状误差耦合现象，提出创新误差建模与补偿策略，利用IAS信号包络中呈现的双螺旋结构特征建立包含刻线形状的偏心误差模型。
本方法核心为在线利用IAS信号进行误差估计与补偿，无须拆卸编码器或高精度校准仪器，显著提高工程适用性。通过仿真及旋转矢量减速器和电机测试台实验，补偿了约71.6%测角误差，显著降低IAS信号噪声。高速运行时，电机振动性能明显提升。
相较广泛使用的恒定耗时法，本文方法无须转速稳定假设，能有效应对负载波动和齿槽转矩导致的非稳态，表现出更强鲁棒性和实用性。该研究为光学编码器在线自补偿提供新思路，有助提升伺服控制及机械状态监测等领域的测量精度和系统平稳性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11045187
📖 第3篇
📌 面向小样本条件的多模态数据增强风力发电机故障诊断方法
Multimodal Data Enhanced Wind Generator Fault Diagnosis Considering Small Sample Conditions
作者：Guiji Tang，Lihong Cheng，Zhenli Xu，Kai Sun，Xuewei Wu，Xiaolong Wang，Yuling He
直驱永磁发电机在风电系统中因高效率及低维护成本被广泛采用，但长期运行导致的静态气隙偏心（SAGE）及定子匝间短路（SISC）故障严重威胁运行可靠性。传统数据驱动诊断性能受限于故障样本稀缺，成为智能诊断应用瓶颈。本文提出创新双阶段故障诊断框架，基于对故障机理分析选取相位电流与定子振动两种互补的多模态信息源，提高诊断的鲁棒性。
针对小样本限制，引入基于Wasserstein距离和梯度惩罚的深度卷积生成对抗网络（WDCGAN-GP），通过对抗训练生成高保真时域电流及振动数据，有效扩增样本集。实验证明WDCGAN-GP较传统GAN生成数据质量显著提升。
诊断阶段设计了双分支小波卷积神经网络（DWCNN），融合多尺度时频特征，结合门控循环单元（GRU）挖掘时序信息，最终全连接层完成故障分类。在13kW永磁发电机五种工况下测试，针对每类仅45个真实样本，经过WDCGAN-GP增强后，DWCNN模型诊断准确率达100%，显著优于CNN及其他模型。研究提升了诊断的可解释性、样本生成能力及故障识别精准度，为风电与旋转机械智能运维提供了有效方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11091583
📖 第4篇
📌 基于神经动力学的视觉伺服预测控制：提升物流全向机器人运动平滑性
Neurodynamics-Based Visual Servo Predictive Control for Improving Smooth Movement of Logistics Omnidirectional Robots
作者：Defeng He，Yegui Lin，Zhijian Dai，Simon X. Yang
全向移动机器人在物流领域因无需转向可多方向灵活移动备受关注，其视觉伺服系统面临运动平滑性及物理与视觉约束挑战，直接影响安全与效率。本文提出结合基于神经动力学的视觉伺服预测控制方法，显著提升机器人运动性能。
传统视觉伺服预测控制在处理非线性与多重约束时，存计算负担重和初始速度跳变问题，导致安全物理约束被违反并产生高频动态损伤硬件。通过引入生物启发神经动力学模型对误差信号预处理，抑制初始跳变及速度抖动，生成平滑虚拟控制信号。
结合准最小-最大模型预测控制（MPC），将非线性系统转为状态依赖线性动力学模型，控制设计转化为线性矩阵不等式（LMI）半定优化问题，实时求解确定最优控制输入，显式处理状态、输入与视觉可见性约束，理论保障递归可行性与渐近稳定性。
实验在配备三偏心轮的全向机器人平台进行。结果显示，其控制信号实现从零初速平滑启动，运动过程中速度变化平缓，有效避免了剧烈跳变和抖动。即使受到外部推力干扰，系统依然保证约束满足和运动平滑。该方法显著提升了物流机器人运动平滑性和约束满足能力，对智能物流装备的自主智能化发展意义重大。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11082425
📖 第5篇
📌 差分降压并网DC-AC变换器的非线性自动功率解耦控制
Nonlinear Automatic Power-Decoupling Control of a Differential Buck Grid-Tied DC–AC Converter
作者：Roberto A. Fantino，Claudio A. Busada，Jorge A. Solsona
单相并网变换器是分布式发电系统关键设备，面临直流侧恒定功率流与交流侧需脉动功率不匹配导致的二次谐波脉动电流传递至直流母线，从而引发效率降低与寿命缩短问题。本文针对单相差分降压变换器提出非线性自动功率解耦控制策略，核心为将慢动态限制在纹波端口，实现直流端口快速直接控制。
采用全状态反馈谐振控制器精准调节并网电流，确保高质量电能注入；基于反馈线性化设计直流母线电压控制环，有效抑制二次谐波脉动，保证电压稳定。
控制架构允许将闭环极点自由配置，实现并网电流和直流母线电压动态响应的精确独立调节，使系统具备卓越鲁棒性与响应性能。仿真及实验验证表明，系统在储能电容失配情况下依然表现优异，电压快跟踪且脉动几乎消失，并网电流呈低谐波畸变正弦形。该方案为光伏、燃料电池等高品质功率转换应用提供有力技术支持。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11099551
📖 第6篇
📌 面向动态非线性最小二乘问题的新型抗噪归零神经动力学算法及其机器人应用
Novel Noise-Tolerant Zeroing Neurodynamics Algorithms for Dynamic Nonlinear Least Square Problems With Robot Application
作者：Chengyu Li，Hui Zhang，Kaixu Chen，Min Yang
动态非线性最小二乘（DNLS）问题在工业制造、人工智能及机器人运动规划中普遍，受时变参数与非线性影响，存在时延误差和噪声环境下求解稳定性差问题。本文提出新型抗噪归零神经动力学（NTZN）算法，借鉴大脑计算机制，利用动态参数时间导数精确追踪时变解，并具备固有抗噪设计，保证在恒定与随机噪声下收敛且误差有界。
为降低计算复杂度，结合BFGS与DFP拟牛顿法近似逆Hessian矩阵处理小残差，及Dennis–Gay–Welsch（DGW）算法近似Hessian矩阵处理大残差，实现高精度与低计算负担。算法收敛性经严格理论分析验证。
在UR5机械臂轨迹生成应用中，NTZN在恒定噪声条件下实现约1×10⁻⁴米的高位置精度，显著优于传统约5×10⁻³米的误差。实验跟踪三维向日葵轨迹表明算法收敛迅速且具有极强鲁棒性，解波动极小。本文贡献包括提出鲁棒NTZN框架、开发离散优化版本、理论保证及机器人验证，适用于噪声环境下动态非线性优化问题。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11039060
📖 第7篇
📌 面向非正弦反电动势双三相永磁同步电机的无电机参数预测电流控制及谐波电流抑制
Plant-Parameter-Free Predictive Current Control With Harmonic Current Rejection for Nonsinusoidal Back EMF DTP-PMSMs
作者：Zhihao Zhu，Xile Wei，Feng Yu，Chunhua Liu，Zhen Zhang
双三相永磁同步电机（PMSM）在高功率、高可靠领域广泛应用，但磁极形状及磁饱和导致其反电动势非正弦特性，引入显著谐波电流增加损耗并影响性能。传统模型预测控制过度依赖电机参数，且参数随运行环境变化，影响控制效果。本文提出基于超局部模型的无电机参数无差拍预测电流控制方法，创新解决参数依赖及谐波问题。
设计了输入增益观测器和准谐振扩展状态观测器分别估计增益因子和总扰动，其中非周期与周期扰动揭示反电动势谐波影响，周期扰动模型建设尤为关键；基于此，开发了PPF-DPCC控制器并提出 改进双空间矢量脉宽调制（SVPWM）策略以强化动态谐波抑制。
在1.8 kW双三相PMSM平台对比实验中，所提方法相较传统DPCC及PPF-DPCC表现以下优势：模型预测误差更小；完全摆脱电机参数依赖，表现出良好参数鲁棒性；稳态相电流总谐波畸变率显著降至3.49%；5次谐波电流含量降至0.72%；速度阶跃下谐波子空间电流尖峰消除，动态性能优越。该研究为非正弦反电动势PMSM谐波抑制和参数敏感性问题提供了高效鲁棒解决方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11008563
📖 第8篇
📌 基于自适应阻抗匹配的S-S补偿感应式无线输电系统功率传输性能提升
Power-Transfer Performance Improvement for S-S Compensation IWPT System Based on Self-Adaptive Impedance Matching
作者：Jinhong Liu，Xiaobing Zhang，Weiwei Geng，Baohua Wang
感应式无线输电（IWPT）因其可靠与灵活性，在便携设备和无人机广受关注。主流的串联-串联（S-S）补偿拓扑结构简单且抗负载变化，然而功率传输效率和稳定性受阻抗失配制约。本文提出基于自适应阻抗匹配的控制策略，显著提升S-S补偿IWPT系统性能。
研究揭示耦合系数和负载等效电阻为效率核心因素，并建立包含原边逆变器输出特性的系统等效阻抗模型，分析数字控制延时与耦合系数对系统稳定性的影响。尽管高耦合系数提高效率，但缩小了数字延时稳定裕度，提升了控制精度要求。
针对效率受限根本机理，创新提出自适应阻抗匹配点跟踪策略，在逆变器控制环引入阻抗重构模块，动态调整系统等效输出导纳实时匹配负载阻抗，同时采用可变步长自适应算法快速追踪最大功率传输点，应对负载与耦合扰动。
实验结果验证该策略在绕组错位、负载跳变及数字延时扰动时均稳定运行，功率传输效率持续高于93%，远超传统系统。因算法位于逆变器端，具备良好通用性，适用于多种补偿拓扑，推动无线供电技术高效可靠应用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11097020
📖 第9篇
📌 考虑饱和与空间谐波的IPM驱动数字孪生控制系统快速原型设计：实现快速开发与精准仿真
Rapid Prototyping of Digital Twins Control System for IPM Drives Considering Both Saturation and Spatial Harmonics to Achieve Fast Development and Accurate Emulation
作者：Zhao-Hong Qiu，Yen-Shin Lai
电机驱动系统传统V模型开发确保系统可靠，但串行验证导致周期长且成本高，且高功率测试平台不易搭建。本文提出集成模型在环（MIL）、软件在环（SIL）、硬件在环（HIL）的快速原型设计法，为内置永磁同步电机（IPMSM）构建数字孪生控制系统，创新同时考虑了磁饱和与空间谐波效应，确保高精度。
三阶段验证流程包括MIL中基于ANSYS有限元的3-D ECE模型搭建，精确表征磁饱和及谐波非线性；SIL中算法开发与验证；HIL平台实时代码验证，极大降低编程错误及调试时间。最终将经验证代码应用于2kW IPMSM驱动实际电动滑板车系统。
实验表明数字孪生系统与真实系统一致性高，最大偏差仅0.99%。与传统仅用名义参数方法相比，本文实现了更小定子电流、更高效率和显著转矩脉动降低，大幅提升了开发效率与仿真精准度，推动电机控制开发范式革新。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11016916
📖 第10篇
📌 磁悬浮应用双馈直线电机的小信号建模与解耦控制
Small-Signal Modeling and Decoupling Control of a Doubly-Fed Linear Motor for Maglev Application
作者：Zhongshu Shao，Yeqin Wang，Zaimin Zhong，Xiusen Wang，Zhixun Ma
磁悬浮交通技术面临为移动悬浮体（动子）实现非接触式供电的技术难题。传统长定子直线同步电机需配合额外供电轨或嵌入式发电机，增加复杂度与成本。本文提出基于双馈直线电机（DFLM）的创新方案，实现牵引、悬浮与非接触供电三功能解耦控制。
DFLM为双馈感应发电机的直线版本，定子及动子交流励磁，提供滑差频率控制自由度，实现通过滑差功率对动子非接触能量传输。考虑到固有法向吸引力，DFLM兼具悬浮功能潜力，但牵引、供电、悬浮间耦合复杂，协同稳定控制挑战大。
首次建立综合描述牵引、供电与悬浮功能的小信号模型，首次考虑气隙变化影响，揭示三控制变量动态耦合。设计采用滑差频率控制非接触供电，引入史密斯预估器补偿通信延迟；利用定子电流M轴分量调节牵引力；通过动子励磁电流实现悬浮气隙稳定。提出闭环悬浮控制结构，解决开环不稳定问题。
测试平台覆盖多部件及可变气隙加载，亚同步与超同步工况下动子速度快速响应，气隙波动控制在0.45毫米内，非接触功率稳定维持目标。负载变化或扰动时各控制变量自动调整，确保三功能互不干扰实现真正解耦。相较现有方案，本研究首次融入悬浮控制及成功解耦，推动磁悬浮交通技术向更紧凑、经济方向发展。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11018630
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