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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2025年issue11推送（第2期/共10期）。本期推送共包含10篇研究论文简介，内容聚焦于先进控制理论与方法在电力电子、电机驱动、机器人、电池管理及电动汽车等工业电子领域的创新应用。研究主题涵盖了从电能质量调节、分布式驱动协同控制、电池快速表征，到复杂机械系统鲁棒控制、新型数学建模框架，以及面向空中机械臂、无人机、冗余机械臂和接触式操作机器人的智能控制策略，展现了工业电子技术向更高精度、更强鲁棒性和更广适应性发展的前沿趋势。
本期目录
📖 第1篇：基于协调直接功率策略的MMC-UPQC自抗扰控制
📖 第2篇：基于欧拉-拉格朗日模型的双轮毂永磁电机转矩分配控制与电压矢量集成调制
📖 第3篇：基于优化多正弦扰动信号的锂离子电池阻抗与非线性快速表征方法
📖 第4篇：面向不确定性与扰动下机械系统的自适应积分终端滑模控制模糊优化
📖 第5篇：基于几何代数的三相电力系统建模、分析与控制新框架
📖 第6篇：基于非线性特征模型的空中机械臂悬停飞行离散时间滑模控制
📖 第7篇：基于图像视觉伺服的无人机精确拦截飞行目标
📖 第8篇：面向关节约束冗余机械臂末端执行器跟踪与多障碍物避障的新型离散归零神经网络控制器
📖 第9篇：基于预测控制实现平滑模式转换的宽电压范围双向电池充电器
📖 第10篇：导纳视觉运动策略学习：面向通用接触式机器人操作
📖 第1篇
📌 基于协调直接功率策略的MMC-UPQC自抗扰控制
Coordinated Direct Power Strategy Based Active Disturbance Rejection Control for MMC-UPQC
作者：Chang Jiang，Chenxin Yuan，Fei Wang，Shaohua Zhang
基于模块化多电平换流器（MMC）的统一电能质量调节器（UPQC）因其同时具备串联侧和并联侧，能够实现全面的电能质量调节，在电力系统中具有重要应用价值。然而，传统补偿方法存在明显局限：串联侧仅在电压暂降时激活，无法分担并联侧的无功补偿压力，导致系统功率分布不均、效率降低，甚至可能引发设备过热或损坏。本文提出了协调直接功率控制策略，其核心创新是直接调控串联侧输出功率，实现两侧功率平衡。通过MMC-UPQC数学模型推导输出功率，分析电压-电流矢量图计算无功电压，并考虑串联侧电流限制，确定功率上下限。
策略融合了自抗扰控制（ADRC），包括过渡过程设计、扩展状态观测器（ESO）及扰动估计补偿，避免依赖精确模型，提升系统对外部扰动的快速响应和抗扰能力。该方法有效管理内部功率流，显著改善对电压暂降及谐波等电能质量问题的动态补偿性能。
通过MATLAB/Simulink仿真与RT-LAB硬件在环实验验证，该策略较传统比例积分（PI）和无源性控制（PBC）响应更快（常在0.05秒内），超调量更小（低于0.06），总谐波失真率（THD）显著降低至3%以下。此外，电流限制明确，有效防止过流，串联侧电流稳定控制在安全范围（如300A以下）。综上，策略提供了高效、可靠、动态性能优异的MMC-UPQC解决方案，优化功率分配，减轻并联侧负担，提升复杂电能质量问题应对能力，具有重要理论和工程价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10980643
📖 第2篇
📌 基于欧拉-拉格朗日模型的双轮毂永磁电机转矩分配控制与电压矢量集成调制
Euler-Lagrange-Model-Based Torque Assignment Control for Dual In-Wheel PM Motors With Voltage Vectors Integrated Modulation
作者：Zhaoheng Wang，Lei Xu，Xiaoyong Zhu，Li Quan，Wen-Hua Chen，Lizhang Xu，Shihong Ding
针对电动汽车分布式驱动系统多电机协同控制难题，本文提出了基于欧拉-拉格朗日模型的转矩分配控制方案，首次将该建模方法应用于含双轮毂永磁电机系统，准确描述柔性耦合效应。传统线性模型忽略的电磁和机械耦合被纳入模型，为非线性精确控制奠定基础。
采用多电压矢量集成调制的直接转矩控制方法，通过合成多基本电压矢量，实现电磁转矩和磁链的快速精准控制，增强系统的可靠性和鲁棒性。开发了基于模型的动态互联系数及摩擦阻尼调谐策略，实现状态变量动态解耦与工况自适应，显著抑制轴转矩波动及车辆路径偏离。
在多驱动模式实验平台上测试，结果显示相比传统“主-从”控制，所提方案在典型路况下动态响应提升了40%-80.5%、抗扰性提升57.2%，负载能力提升49.4%。优化系统架构有效减轻控制器负担，适应复杂越野泥泞等高动态场景，展现强大工程价值。
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📖 第3篇
📌 基于优化多正弦扰动信号的锂离子电池阻抗与非线性快速表征方法
Fast Characterization of Lithium-Ion Battery Impedance and Nonlinearity Using Optimized Multisine Perturbation Signal
作者：Chuanxin Fan，Kui Zhang，Qiao Peng，Jinpeng Tian，Kailong Liu，Chi Yung Chung
锂离子电池的阻抗和非线性反映其动态响应与电化学行为，关键于状态估计与健康诊断。传统电化学阻抗谱（EIS）测试耗时长且仅线性响应，本文创新提出基于优化相位配置的奇次多正弦信号，同时快速同步表征阻抗与非线性。
设计抑制部分奇次谐波和所有偶次谐波，同时激励剩余奇次谐波以捕获非线性与阻抗。采用非线性切比雪夫逼近算法优化信号相位，波峰因数由3.88降至1.46，降低62.4%，提升测试安全性与设备兼容性。
通过基于Doyle-Fuller-Newman模型的仿真与实验验证，100秒内在0.01-2000 Hz完成阻抗测量，测试时间缩短92.3%。成功分离电池奇次与偶次非线性响应，发现低SOC时非线性更显著，为基于非线性特征的状态估计与故障诊断提供新工具，体现了 速度快、表征全面且硬件友好的优势。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10980454
📖 第4篇
📌 面向不确定性与扰动下机械系统的自适应积分终端滑模控制模糊优化
Fuzzy Optimization of Adaptive Integral Terminal Sliding Mode Control for Mechanical Systems With Uncertainties and Disturbances
作者：Chao Ma，Kang Huang，Jinchuan Zheng，Ke Shao，Chenming Li，Hao Sun
针对工业自动化及机器人领域机械系统普遍存在的模型参数不确定性、扰动及抖振问题，本文提出基于模糊集理论的自适应非奇异递归终端滑模控制优化方法，实现有限时间内收敛性能和鲁棒性的显著提升，同时有效抑制控制信号抖振。
设计自适应非奇异递归终端滑模控制器，采用分层收敛机制确保约束误差有限时间内归零，结合泄漏型自适应律动态调整控制增益，避免过度补偿。递归终端滑模函数结构设计有效抑制抖振。
通过引入模糊集理论描述快速时变不确定性，构建融合系统性能与成本的模糊性能指标，提出基于D-运算和权重因子的模糊优化策略，实现性能与成本的平衡优化。仿真与膝关节康复实验表明，相较多种控制方法，平均跟踪误差降低约22.97%-56.98%，控制扭矩降低至约95.90%-99.38%，显著提升精准度和鲁棒性，且控制信号更平滑。
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📖 第5篇
📌 基于几何代数的三相电力系统建模、分析与控制新框架
Introducing Modeling, Analysis, and Control of Three-Phase Electrical Systems Using Geometric Algebra
作者：Manel Velasco，Isiah Zaplana，Arnau Dòria-Cerezo，Josué Duarte，Pau Martí
针对三相电力系统建模、分析及控制复杂性，本文创新引入几何代数（GA），实现多输入多输出（MIMO）系统向单输入单输出（SISO）模型的转化，显著降低数学复杂度并保持精度。定义了几何代数值传递函数（GA-TF），将高维矩阵域转至结构清晰的GA域。
该框架优势包括闭环稳定性分析简化为实系数多项式根分析，可直接应用劳斯-赫尔维茨判据等传统工具；具有强大兼容性与扩展性，通过将Youla-Kučera参数化迁移至GA域，设计出实时MIMO解耦控制器。
通过数值仿真和实验验证，GA控制器在不平衡不对称工况下实现稳定闭环动态，输出电流平衡，电压精确跟踪，表现优于开环控制。该研究为多变量控制理论在新代数空间的发展奠基，简化设计流程，促进广泛多变量系统的工程应用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10981729
📖 第6篇
📌 基于非线性特征模型的空中机械臂悬停飞行离散时间滑模控制
Nonlinear Characteristic Model-Based Discrete-Time Sliding Mode Control for the Hovering Flight of an Aerial Manipulator
作者：Zhan Li，Bingkai Xiu，Zonglin Li，Xinghu Yu，Juan J. Rodríguez-Andina
针对多旋翼无人机搭载机械臂时存在的耦合干扰导致悬停稳定性差问题，本文提出基于非线性特征模型的离散时间滑模控制方法（CDTSMC）。采用基于双源误差的辨识策略，通过输入-输出数据自动构建时变特征参数模型，大幅简化复杂动力学建模。
结合特征模型与离散时间滑模面设计输出反馈姿态控制器，无需速度和加速度信息，简化实际部署。理论分析确保姿态控制系统实现有限时间稳定性和有界跟踪误差。
自建平台实飞，设置机械臂关节不同幅度和速度正弦运动，比较基于ESO、自适应滑模和自适应鲁棒跟踪等先进方法。结果显示，在强耦合干扰下，CDTSMC在滚转角和俯仰角通道均具有更小跟踪误差，RMSE和MAE分别提升至少29.76%和超51.42%，证明了优越的鲁棒性和高悬停精度。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10989502
📖 第7篇
📌 基于图像视觉伺服的无人机精确拦截飞行目标
Precise Interception Flight Targets by Image-Based Visual Servoing of Multicopter
作者：Hailong Yan，Kun Yang，Yixiao Cheng，Zihao Wang，Dawei Li
针对低空非合作飞行目标对空域安全的威胁，本文提出图像视觉伺服（IBVS）与比例导航制导（PNG）融合控制框架，实现无人机对机动目标精准拦截。设计了结合PNG与无人机动力学的视场（FOV）保持控制器，提高目标跟踪鲁棒性，防止目标脱离视野。
采用延迟卡尔曼滤波器（DKF）实时估计二维目标位置，利用单目相机角度信息，无需激光雷达或目标运动假设，显著缓解图像处理延迟对精度的影响。
仿真及飞行实验显示静态目标拦截圆概率误差（CEP）低至0.089米，精度提升72.8%。对多种动态目标模型均显著改善轨迹平滑性和拦截精度。实飞风速低于4 m/s条件下，拦截成功率超80%，体现生物捕猎策略的高效精准操控效果，具备广泛实用前景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10990123
📖 第8篇
📌 面向关节约束冗余机械臂末端执行器跟踪与多障碍物避障的新型离散归零神经网络控制器
A Novel DZNN Controller for End-Actuator Tracking and Multiobstacle Avoidance of Joint-Constrained Redundant Manipulators
作者：Yu Han，Chao Zhong，Binbin Qiu
针对冗余机械臂在多动态障碍物环境下同时实现末端执行器轨迹跟踪和多障碍物避障的挑战，本文设计了简洁的连续归零神经网络模型，统一处理轨迹跟踪、避障及关节角度边界约束任务，通过引入速度层等式显著提升计算效率，证明了全局指数收敛性。
通过显式线性三步法将连续控制器离散化成具备四阶精度的离散归零神经网络控制器，兼具优秀性能和易于硬件部署的优势，理论与实验均验证其收敛性和高精度特性。
在含两动态障碍物并考虑关节限制的xArm6机械臂实验中，新控制器显著优于传统二阶离散伪逆和单障碍物离散归零网络控制器，在轨迹跟踪精度、多障碍物避障及关节约束满足方面表现突出。实验成功实现复杂“祥云”轨迹安全避障，关节角度始终控制在预设范围，有效提升实际应用潜力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10980021
📖 第9篇
📌 基于预测控制实现平滑模式转换的宽电压范围双向电池充电器
A Wide Voltage Range Bidirectional Battery Charger With Smooth Mode Transition Using Predictive Control Approach
作者：Harish Karneddi，Deepak Ronanki，Jose Rodriguez
为应对电动汽车电池组电压多样化与双向功率流（G2V/V2G）挑战，本文提出了支持宽电压范围（85-265V）及单相共地结构的双向电池充电器，兼容低压至中压电池组，满足全球交流电源标准。
核心采用预测控制架构，摒弃传统多环PI控制及复杂平滑逻辑，实现升压（Boost）与降压（Buck）模式无缝平滑切换。模型预测控制（MPC）策略优化开关动态，显著提升瞬态响应和电网功率质量。
经MATLAB/Simulink仿真及3.3 kW碳化硅（SiC）实验平台验证，充电器在G2V和V2G模式下效率分别高达96.8%与96.6%。电网电流总谐波失真（THD）低于3.54%，功率因数接近单位，满足IEEE 519规范。硬件结构简单，成本低，且内建能力显著抑制零交叉失真，确保切换及电网波动时的鲁棒性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10990204
📖 第10篇
📌 导纳视觉运动策略学习：面向通用接触式机器人操作
Admittance Visuomotor Policy Learning for General-Purpose Contact-Rich Manipulations
作者：Bo Zhou，Ruixuan Jiao，Yi Li，Xiaogang Yuan，Fang Fang，Shihua Li
针对机器人复杂接触式操作中难以兼顾多阶段切换与精确力控问题，本文提出低成本且高效的导纳视觉运动策略框架（AdmitDiff Policy），结合力反馈遥操作系统，支持连续通用操作任务。
系统包含成本低于400美元的力交互遥操作装置，配备双目立体相机实现精确位姿追踪及振动电机接触力反馈。提出基于扩散模型的导纳视觉运动策略，能同步规划动作轨迹与期望接触力，并通过导纳控制器实现柔顺执行。采用师生一致性蒸馏技术将推理时间由约100毫秒压缩至7毫秒，满足实时控制需求。
验证包括插入、开门、拖拽、擦拭、绘画等5项复杂多阶段操作。与前沿基线对比，AdmitDiff Policy成功率提升15.3%，操作过程更为平滑高效，接触力平均降低48.8%，如开门任务中接触力降低53.92%，波动减少76.51%。研究融合学习与控制优势，推动机器人操作能力向实用化迈进。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10980422
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