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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics2025年issue9文章推送（第6期/共10期）。本期推送共包含10篇研究论文，内容涵盖工业机械故障检测、光伏逆变器功率平衡、起重机防摇摆控制、电机振动分析、精密机构标定、多机器人系统任务分配、宽电压增益变换器、永磁电机无传感器控制、空中运输系统轨迹跟踪以及磁悬浮转子系统时滞补偿等多个前沿领域。文中涉及的注意力机制、功率因数校正、双摆控制、电磁力谐波、位姿解耦、事件触发控制、变压器匝数比重构、高频电流注入、动态规划及史密斯预估等技术方法，展现了工业电子领域最新的技术突破及应用探索。通过这些研究的推广，有望提升工业设备稳定性、能源利用效率与智能控制水平。
本期目录
📖 第1篇：基于注意力机制的高分辨率时间序列多信号表示：工业机械故障检测新方法
📖 第2篇：辅助电网功率方案提升太阳能光伏级联H桥逆变器并网应用的功率平衡能力
📖 第3篇：双摆桥式起重机防摇摆控制：从欠驱动到全驱动配置的转变
📖 第4篇：考虑切向力的外转子SPM电机主导电磁力谐波分析
📖 第5篇：基于旋转矢量等效的五轴混合机构位姿解耦标定创新方法
📖 第6篇：多机器人系统中的事件触发k-WTA模型及其实验验证
📖 第7篇：基于多桥臂重构变压器匝数比的宽电压增益DAB与LLC变换器方法
📖 第8篇：基于变轴高频电流注入的附加平均转矩增强型高效无传感器方法
📖 第9篇：双摆空中运输系统的自适应轨迹跟踪控制
📖 第10篇：考虑时滞的磁悬浮转子系统自适应史密斯预估自抗扰控制
📖 第1篇
📌 基于注意力机制的高分辨率时间序列多信号表示：工业机械故障检测新方法
Attention-Based Multisignal Representation of High-Resolution Time Series: A Fault Detection Method for Industrial Machinery
作者：Diego Cabrera，Jiapeng Wu，Mariela Cerrada，René-Vinicio Sánchez，Fernando Sancho，Jianyu Long，Chuan Li
在工业预测与健康管理领域，数据驱动的故障检测面临重大挑战，尤其是在仅有健康状态数据且缺乏故障数据的情况下。传统方法依赖大量故障样本训练，难以满足实际工业需求。本文提出了一种创新的多信号表示方法，利用注意力机制将高分辨率时间序列分解成多个低分辨率子序列，核心创新包括：采用多头自注意力机制捕捉多尺度时间依赖；设计基于频率纯度和多样性的学习规则保证子序列频率特征明确；以及将分类决策函数集成进学习模型，摒弃了传统单分类器分离设计。
本方法首先进行序列到序列建模构建信号表示空间，训练过程保证各子序列间的频率纯度与多样性。通过端到端设计，模型直接处理原始振动信号，无需复杂的特征工程。关键实现包括采用序列建模与多头自注意力机制，保证学习 频率纯度与多样性，以及集成分类决策函数以避免分离架构带来的缺陷。
实验在两级往复式压缩机上进行，模拟阀门磨损、腐蚀、断裂及轴承裂纹等多故障类型。结果显示，在单组件和多组件故障检测中，平衡准确率达0.980±0.02，显著超过传统自编码器和对比学习方法。特别是，模型仅使用健康数据训练，成功解决了工业环境中故障样本稀缺难题。该方案高度适用于工业机械早期故障检测，显著提升设备安全性及维护效率。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10879130
📖 第2篇
📌 辅助电网功率方案提升太阳能光伏级联H桥逆变器并网应用的功率平衡能力
Assistive Grid Power Scheme to Enhance Power Balancing Capacity of Solar Photovoltaic CHB Inverter for Grid-Connected Application
作者：Jitendra Tanguturi，Sivakumar Keerthipati
级联H桥多电平逆变器因模块化设计被广泛应用于光伏并网系统，但功率失衡问题严重影响电网质量。本文提出了一种辅助电网功率方案，通过从电网获取必要功率并注入功率最低的H桥模块，有效缓解严重功率失衡。关键创新在于采用功率因数校正整流电路（PFC），实现单位功率因数运行，同时精确控制电网功率注入，避免过调制导致的电流畸变。
该方案突破传统谐波补偿技术仅适于调制指数MI≤4/π的限制，通过提升输出终端电流，有效将过调制模块MI约束在4/π内，扩展功率平衡运行范围。实现细节依托MATLAB/Simulink仿真及实验验证，保持高功率因数与优良电流波形。
在极端失衡工况（三组组件辐照度1000W/m²、300W/m²、200W/m²）下，传统策略仅提取369W，THD为2.97%，本文方案实现全部397W提取，THD降低至2.47%。技术方案显著提升新能源接入电网的运行稳定性，具备广泛应用前景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10916494
📖 第3篇
📌 双摆桥式起重机防摇摆控制：从欠驱动到全驱动配置的转变
Anti-Swing Control for Double-Pendulum Overhead Cranes: From Underactuated to FAS Configuration
作者：Yang Gao，Zhongcai Zhang，Nan Jiang，Yuqiang Wu
桥式起重机运输中，核心目标为降低绳索摆动并实现精确负载定位。因传统驱动仅装设于台车，执行器短缺导致系统呈欠驱动特性，加之负载长距离悬挂产生双摆效应，控制极具挑战。本文通过构造辅助变量将欠驱动系统转化为数学上的全驱动系统 (FAS)，简化定位与抑摆控制任务。
核心创新为：1)利用变量重构将系统转换为几乎无非线性项的FAS形式，2)设计动态辅助变量增强抗摇能力，3)保证渐近收敛且无需线性化处理。新策略结构简单且提高控制性能。
仿真实验表明，该方法较传统控制在定位精度和摆动抑制上表现优越，对参数不确定性和输入饱和表现出良好鲁棒性。该研究为桥式起重机控制带来全新理论与方法支持，尤其在双摆动力学领域具有开创意义。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10909671
📖 第4篇
📌 考虑切向力的外转子SPM电机主导电磁力谐波分析
Analysis of Dominant Electromagnetic Force Harmonics in External-Rotor SPM Machine Considering Tangential Force
作者：Jinwen Du，Rui Zhong，Zhongze Wu，Wei Hua，Zheng Wu，Hang Yin，Yinfeng Hu
外转子表面安装永磁（ER-SPM）电机因高转矩密度受到广泛关注，但运行时电磁振动噪声突出。传统研究偏重于最低空间阶径向力谐波，忽略了高阶谐波及切向电磁力密度（TEFD）的影响。本文创新提出了一种识别主导电磁力谐波的方法，揭示切向力诱发显著径向振动的新机理。
结合有限元场分析与结构动力学模拟，构建了电磁力—结构振动关联模型，成功识别额定工况下的主导谐波。研究发现部分高空间阶谐波（如24阶、46阶）振动贡献超过低阶谐波，且切向力与径向力振动相位反向，极具抑振策略指导价值。
研究为ER-SPM电机早期设计阶段提供了振动优化依据，通过多目标优化针对主导谐波可显著降低振动和噪声。这不仅深化理解电磁振动机理，更为高性能低噪声电机设计提供了创新思路。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10892329
📖 第5篇
📌 基于旋转矢量等效的五轴混合机构位姿解耦标定创新方法
An Innovative Pose Decoupling Calibration Method for Five-Axis Hybrid Mechanism Through Rotation Vector Equivalence
作者：Yuheng Luo，Jian Gao，Fuyuan Feng，Yachao Liu，Disai Chen，Lanyu Zhang，Xin Chen
五轴混合机构凭借并联结构的高刚性及串联结构的大行程优势，广泛应用于精密制造。但复杂结构带来制造装配误差，难以避免。本文基于等效旋转矢量（ERV）提出位姿解耦标定方法，将刚体变换运动模型（RTMM）转换为位姿分离运动模型（PSMM），实现位置与姿态的独立表征。
PSMM利用旋转矢量等效原理，将姿态变化对位置的影响量化纳入位置模型，消除耦合干扰。仿真验证PSMM与RTMM误差特性等效，无需新增参数辨识，保持计算简洁。该创新彻底解决位置与姿态维度、量级及测量精度差异带来的非最优收敛问题。
实验结果表明，该方法相比传统变尺度标定，位置误差降低66.88%，姿态误差降低51.99%，显著提升标定精度，且极大缓解非收敛性和病态辨识问题。适用于多轴高精度加工和微定位装备。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10891249
📖 第6篇
📌 多机器人系统中的事件触发k-WTA模型及其实验验证
An Event-Triggered k-WTA Model With Experimental Verification on Multirobot System
作者：Long Jin，Yutong Li，Yingqi Chen，Zhenming Su，Xin Ma
在多机器人系统（MRS）中，动态任务分配面临高效选出k个优胜者的需求，传统k-winners-take-all（k-WTA）模型存在通信低效、计算繁重的问题。本文提出事件触发k-WTA（ET-kWTA）模型，引入基于输出变化率的事件触发机制，实现通信与计算动态调整。
当系统稳定时降低通信频率；检测输出不稳或环境变化时触发高频更新。理论结合Lyapunov稳定性保证收敛和鲁棒性。动态调整有效节约资源，降低能耗与网络拥堵风险。
在MATLAB与E-puck平台实验证明，ET-kWTA在动态目标跟踪中优胜者距离误差快速收敛，通信开销较传统降低33.08%（无噪声）和49.65%（噪声） 。该模型在时变及噪声干扰下保持准确，显示出极佳性能。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10886908
📖 第7篇
📌 基于多桥臂重构变压器匝数比的宽电压增益DAB与LLC变换器方法
An Approach to Reconfiguring Transformer Turn Ratio Using Multibridge-Legs for Wide-Voltage-Gain DAB and LLC Converters
作者：Hongbiao Xie，Tao Zhang，Peiyao Rao，Ronghuan Xie，Xiaoying Chen，Xingkui Mao，Yiming Zhang
针对电动汽车非车载直流充电中双有源桥(DAB)及LLC变换器的宽电压增益需求，本文提出采用多桥臂变压器匝数比重构方法（RTTMBL），通过少量辅件实现众多匝数比组合重新配置。
采用多绕组变压器结构，在次级桥臂间串联辅助开关与绕组，控制开关实现匝数比灵活调整。三桥臂支持6种组合，四桥臂扩展至25种，优化原副边电压匹配，扩展ZVS范围，降低电感RMS电流及开关损耗。
1kW功率等级原型实验验证电压增益0.4-2.5范围内效率维持在91.8%-97.57%，电感RMS电流和ZVS范围显著优化。该方案适配多种隔离型DC-DC变换器，具备电动汽车和可再生能源应用广阔前景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10900726
📖 第8篇
📌 基于变轴高频电流注入的附加平均转矩增强型高效无传感器方法
Additional Average Torque Enhanced High Efficiency Sensorless Method by Using Variable-Axis High Frequency Current Injection
作者：Guangyu Pu，Hanlin Zhan，Hui Yang，Di Wu，Dianguo Xu
内嵌式永磁同步电机（IPMSM）广泛应用但位置传感器成本与可靠性问题突出。传统高频注入法降低系统效率。本文首次揭示了高频电流注入产生的附加平均转矩现象，提出变轴高频注入的新型高效无传感器控制方法。
研究表明，当注入角度为-45°，磁阻转矩分量产生最大正向平均转矩（达额定转矩2.1%），降低驱动电流需求。关键创新包括：1）补偿型高频信噪比控制器，确保高频电流振幅恒定（波动<0.5%）；2）双轴信号合成观测器降低角度变化影响；3）实时调整注入轴角度实现宽转速及负载下效率提升。
实验验证该方法在额定负载下效率最高提升0.91%，输入功率降低0.38W，噪声与传统方法相当。适用工业驱动及电动汽车，高效兼顾控制精度与能效。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10909703
📖 第9篇
📌 双摆空中运输系统的自适应轨迹跟踪控制
Adaptive Trajectory Tracking Control for Double-Pendulum Aerial Transportation System
作者：Yi Chai，Zhichao Yang，Hai Yu，Xiao Liang，Jianda Han
缆绳悬挂空中运输系统结构简单机动灵活，吊钩与负载形成双摆动力学效应，导致系统强非线性耦合，控制设计复杂。本文基于自适应动态规划（ADP）提出轨迹跟踪控制器，利用执行器和评价器神经网络设计最优控制输入，并引入补偿和鲁棒项应对系统不确定和扰动。
采用Lyapunov方法严格证明系统跟踪误差渐近收敛。创新点包括首次将ADP应用于双摆运输系统控制及设计理论保证稳定性的鲁棒控制项。
实验显示，无扰动条件下，位置跟踪误差降低45.2%，摆动角误差降低26.0%；扰动下依然维持显著误差改善。该方法适合物流、应急救援等需求高精度快速响应的场景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10886905
📖 第10篇
📌 考虑时滞的磁悬浮转子系统自适应史密斯预估自抗扰控制
Adaptive Smith Predictive Active Disturbance Rejection Control of Magnetic Suspended Rotor System Considering Time Delay
作者：Chaowu Jin，Zhendong Hong，Gang Cui，Jin Zhou，Wenzheng Zhang
磁悬浮转子系统（MSR）为高速旋转机械核心，应用于航空航天及能源设备。多种时滞因素使控制响应滞后，降低抗干扰能力且易引发振荡。本文提出自适应史密斯预估自抗扰控制（ASPADRC），通过精确补偿时滞环节及实时扰动估计，提高系统稳定性与鲁棒性。
创新体现在：1）自适应机制自动调参数；2）结合史密斯预估与自抗扰控制形成双重抗扰架构；3）利用李雅普诺夫理论严格保证闭环全局稳定。
实验结果显示，相比传统PID及标准自抗扰控制，所提方法在存在时滞条件下调节时间缩短约40%，抗扰能力提升超50%。为工业高速精密旋转装备控制提供新思路。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10916495
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