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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2026年issue1推送（第11期/共13期）。本期推送共包含11篇研究论文，内容聚焦于电力电子变换与新能源应用、先进电机驱动与控制、精密驱动与机器人技术、以及复杂系统建模与容错控制等前沿领域。这些研究从新型拓扑结构、创新控制算法、精密执行器设计到系统级容错策略，为解决电动汽车快充、电网电能质量、高精度运动控制及工业系统可靠性等关键工程挑战提供了重要的理论突破与技术方案。
本期目录
📖 第1篇：面向电动汽车快充站的中压交流至隔离多端口直流变换器
📖 第2篇：基于多重傅里叶级数法的时变调制信号PWM脉冲幅频特性分析
📖 第3篇：基于神经网络的刚柔耦合提升机器人复合运动非线性自适应振动抑制控制
📖 第4篇：基于简化电流路径的新型嵌入式背靠背五电平PFC整流器
📖 第5篇：基于改进灰狼优化的主动磁轴承电机驱动在线振动控制
📖 第6篇：基于转子动能同步释放的多台风电机组最优短期频率支撑策略
📖 第7篇：永磁同步电机参数无关级联结构模型预测控制
📖 第8篇：单定子双模态压电驱动器：实现无反向双向运动
📖 第9篇：基于小间隙电容分布模型的反极性法实现电粘附垫快速脱附
📖 第10篇：冗余信道下矿车主动悬架系统的可靠切换型增益调度机制
📖 第11篇：基于未知输入观测器的高速开关阀容错控制研究
📖 第1篇
📌 面向电动汽车快充站的中压交流至隔离多端口直流变换器
Medium Voltage AC to Isolated Multiport DC Converter for Electric Vehicle Fast-Charging Stations
作者：Harisyam P. V., Saichand Kasicheyanula, Surjakanta Mazumder, Shashidhar Mathapati, Kaushik Basu
本文针对城市与高速沿线兆瓦级直流快充站在体积、效率与可扩展性方面面临的瓶颈，提出了完整的系统级技术路线与拓扑框架。论文以中压交流网（MVAC）为输入，设计一个以MVAC-IMDC单级变换拓扑为核心的变换器，直接实现中压降压、高频电气隔离与多端口直流输出。系统框架包含中压输入级、高频隔离链路、模块化多电平子模块与多端口输出管理单元，信息流涵盖电能流、控制与能量路由策略，解决了传统LFT+多级变换的体积大、集成难的问题，且与既有方案相比在接口集成上具备更高的灵活性与扩展性。
在实现细节上，文章介绍了模块化多电平的子模块配置、高频链路参数选择以及控制器的分层策略。控制采用多环路并结合功率路由算法，主控制器通过实时电压/电流测量与功率分配约束完成动态分配；子模块间通过故障旁路与并联冗余机制保证可靠性。文中对关键参数（如变压器高频工作频率、分裂电容容值与磁芯尺寸）进行了设计说明，并讨论了散热、滤波与EMI抑制的工程实现要点，提出了若干设计约束/优化准则以支持工程化部署。
实验与仿真在典型快充工况下进行了验证。仿真与原型测试覆盖中压侧输入扰动、输出端多负载工况及储能并网场景，与传统LFT+三级变换参考系统相比，论文报告了关键指标改善：效率提升≈3–5%、功率密度提升约40%、动态响应时间缩短至数十毫秒量级。文章最后总结了该拓扑在降低建设/运维成本、支持双向能量流与参与电网调度方面的工程价值与适用边界。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11131460
📖 第2篇
📌 基于多重傅里叶级数法的时变调制信号PWM脉冲幅频特性分析
Multiple Fourier Series Method for Amplitude-Frequency Characteristics of PWM Pulses With Amplitude-Frequency Time-Varying Modulation Signals
作者：Yue Cui, Han Peng, Sicheng Wang
本文面向可再生能源并网和高比率电力电子化场景下的谐波分析难题，构建了一套以多重傅里叶级数为数学工具的分析框架，用于描述调制信号幅值与频率同时随时间变化情形下PWM脉冲的幅频特性。研究首先明确问题边界：输入为二维时变调制过程，输出为PWM脉冲序列的整体频谱。论文给出双重傅里叶展开的系统性推导，指出与传统稳态正弦调制方法的根本差异在于能够显式捕获调制幅频时变对间谐波与宽频谱成分的影响机制。
实现层面，文章推导了二重级数的截断策略、频域收敛条件与数值计算流程，并提出了若干谱分量提取算子以提高计算效率。作者对比了截断阶数、时间采样率与频率分辨率之间的折中，给出了适用于工程评估的数值稳定性约束与误差上界估计。文中还讨论了该方法与基于短时傅里叶或小波分析的异同，指出在处理频率快速变化场景时的优势。
在实验设计上，作者采用典型并网变流器调制模式与实际变频调速工况作为测试集，与传统FFT分析与STFT方法做对比。关键结果显示：在模拟多工况下，所提方法对宽频谱谐波幅值的预测误差显著降低（例如对若干间谐波分量误差由10%降至2–3%），并成功解释了若干在实测中难以归因的频谱漂移现象。文章最后指出该方法可用于指导谐波抑制设计与并网设备的兼容性评价，对电网谐振诊断也具有重要参考价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11176845
📖 第3篇
📌 基于神经网络的刚柔耦合提升机器人复合运动非线性自适应振动抑制控制
Nonlinear Adaptive Vibration Suppression Control for Compound Motion of a Rigid-Flexible Coupling Hoisting Robot Based on the Neural Network
作者：Sipan Li, Bin Zhou, Bin Zi, Dan Zhang
本文聚焦于刚柔耦合提升机器人（RFCHR）在提升与旋转复合运动中产生的强非线性振动问题，提出基于径向基函数神经网络（RBF）自适应控制器的整体控制框架。论文首先建立高精度动力学模型并分析欠驱动与耦合效应，明确控制目标为抑制系统振幅、缩短稳态时间并保证鲁棒性。整体方法采用在线学习与自适应律结合的策略，通过神经网络在线逼近未建模动力学，同时将控制器设计与李雅普诺夫稳定性分析相结合证明确闭环的一致最终有界特性。
在实现细节上，论文给出了神经网络的输入输出特征选择、网络结构与在线更新律，说明了自适应律的具体形式及补偿项设计，讨论了权重更新的收敛条件与计算复杂度。作者还阐述了控制器的观测器与反馈回路协调策略，并给出在不同负载与工况下的训练/推理流程、正则化项设置与鲁棒化约束，以保证在线学习过程中控制信号的平滑性与安全性。
仿真与实验在典型RFCHR平台上对比LQR与PD控制器，给出多组量化结果：在振动抑制上，系统超调明显下降，稳态时间缩短；例如在若干负载变化场景下，振幅降低幅度达到30–60%，稳态误差下降并保持对参数扰动的鲁棒性。消融分析显示神经网络在线补偿对未知动力学的改善贡献显著。最终总结表明该方案具有良好的工程适应性，适用于起重机、空间机械臂等具有类似耦合特性的机械系统。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11152335
📖 第4篇
📌 基于简化电流路径的新型嵌入式背靠背五电平PFC整流器
Novel Embedded Back-to-Back Five-Level PFC Rectifiers Based on Simplified Current Path
作者：Hui Ma, Benling Yu, Kun Xiang, Liping Fan, Lei Xi, Can Wang, Yuehua Huang
针对单相PFC整流器在高功率质量场景中控制复杂、效率受限的问题，本文提出一种嵌入式背靠背五电平（BTF-PFC）拓扑。该拓扑通过在交流侧反向串联开关形成背靠背结构，并将开关单元嵌入桥臂与分裂电容中点之间，从电路级别实现五电平输出与简化电流路径。系统输入为市电交流，输出为经PFC整形的直流，控制目标为高功率因数、低THD与高效率。
本文详细说明了开关时序、分裂电容均衡策略与控制器实现要点，包括开关驱动逻辑、中点电压平衡算法与保护机制。对比传统多电平PFC，作者在控制复杂度和开关损耗方面做了工程化权衡，并给出在不同负载下的驱动策略与滤波器设计原则，强调了实现高效率所需的关键器件参数与热管理方案。
实验结果表明该拓扑在典型工况下可维持高功率因数且THD显著降低；文中给出关键性能数值：THD下降幅度显著、效率提升约2–4%且效率曲线更平坦，滤波器体积可相应减小。研究结论认为，该拓扑适用于对电能质量要求高的场景如数据中心电源与电动汽车充电桩，并对未来向三相及更高功率等级扩展提出了具体方向。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11121538
📖 第5篇
📌 基于改进灰狼优化的主动磁轴承电机驱动在线振动控制
Online Vibration Control for Active Magnetic Bearing-Based Motor Drive With Improved Gray Wolf Optimization
作者：Longyuan Fan, Zicheng Liu, Haijiao Wang, Dong Jiang, Ronghai Qu
本文研究面向AMB-PMSM平台的实时振动抑制问题，提出由动态轴向位移控制（DADC）与在线参数自整定组成的联合控制框架。研究首先分析了加工误差对轴向传感器读数的影响机理，进而提出将轴向指令注入回路以主动补偿测量误差的思想，配套以实时幅值提取与在线优化算法以实现自适应补偿。
实现上文中采用了基于AdaGrad-LN的谐波幅值实时提取方法与改进的灰狼优化器（GWO-EPD）用于DADC参数（幅值与相位）的在线寻优。作者描述了迭代策略、收敛判据以及在线计算资源的预算，并提出在不同转速下的参数约束与初始化策略，保证在线优化在实时性与稳定性之间的平衡。
在五自由度AMB-PMSM平台上的实验结果非常显著：基脚处旋转频率振动加速度降低93.1%，对应声压级降低23 dB，整体较PID控制降幅达35 dB。在不同转速点，振动幅值降低率保持在91.6%–98.3%区间，验证了在线优化与补偿组合的强大抑振能力，并指出该方法对精密与安静运行场合具有直接工程应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11114742
📖 第6篇
📌 基于转子动能同步释放的多台风电机组最优短期频率支撑策略
Optimal Short-Term Frequency Support Strategy for Multiple Wind Turbines Based on Synchronous Release of Rotor Kinetic Energy
作者：Yang Li, Zaiyu Chen, Minghui Yin, Qun Li, Qiang Li, Yun Zou
本文面向高风电渗透下的电网频率稳定问题，提出了一种名为有功功率互补控制（APCC）的最优短期频率支撑策略。研究从系统整体视角入手，考虑多台风机转子转速动态的异步特性，建立了基于转子动能可释放比例的功率分配模型，目标是最小化电网的最大频率偏差（MFD），并保证各台风机的安全转速下限约束。
在策略实现层面，论文给出了关键参数的计算方法、频率下降阶段的保守结束时间估算以及转子转速恢复的平滑切换机制。作者还将APCC与若干已有策略（如IIC、SIC、ACC）通过仿真进行了对比，指出APCC在功率路由与转速约束处理上具备更优的系统化分配机制，且易于工程化部署到具有通信与协调能力的风电场控制系统。
在三台WT模拟器与IEEE 39节点系统上的仿真结果显示：APCC将电网MFD降低了20%以上，同时满足RoCoF下限要求。具体性能指标显示在多种故障与渗透率情形下均有鲁棒性改善，验证了通过转子动能同步释放实现多机协同频率支撑的有效性，对大规模风电并网场景下的频率调节具有重要工程参考价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11130614
📖 第7篇
📌 永磁同步电机参数无关级联结构模型预测控制
Parameter-Free Model Predictive Control With Series Structure for Permanent Magnet Synchronous Motors
作者：Teng Li, Xiaodong Sun, Zonghao Su, Xuhao Zha
为了解决传统MPC对电机参数敏感且计算负担大的问题，本文提出一种基于超局部模型重构的两步级联结构MPC。第一级用于重构参考电压并预选未来两个时刻的可能电压矢量集合，缩小搜索空间；第二级在预选集合中基于代价函数与相邻周期一致性约束选择最终电压，既扩大预测步长以提升稳态性能，又通过约束切换显著降低开关频率。
文章详细介绍了超局部模型的构建方法、改进滑模观测器用于未知项估计的实现细节，以及二级选择代价函数的设计原则。关键实现要点包括电压矢量预选策略、相邻周期一致性约束与观测器补偿项的实时计算方案，确保在参数摄动下仍能保持较低的计算复杂度与稳定的闭环性能。
实验在PMSM驱动平台上进行了多场景验证，显示在电感参数失配±70%时仍能维持较小的电流跟踪误差与THD，开关频率与计算负担也相比传统方法更优。文中给出的量化结果表明，在典型速度与负载工况下，控制方案能将THD与跟踪误差控制在工程可接受范围，证明了其参数无关鲁棒性与工程适用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11151679
📖 第8篇
📌 单定子双模态压电驱动器：实现无反向双向运动
Piezoelectric Actuator With a Single-Stator and Dual-Mode Operation for Bidirectional No-Backward Motion
作者：Liangguo He, Menghao Sun, Fengyu Liu, Xinfang Ge
本文针对惯性压电驱动器中常见的“反向运动”难题，提出并实现了一种基于单定子双模态耦合的结构与驱动方案，实现无需复杂波形即可完成双向且无反向的精密旋转定位。系统设计由单个定子、两个径向尺寸不同的驱动足与可调预紧力组成，通过在不同激励频率下激发两种不同的共振模态来分别驱动正/反向运动。
论文详细描述了两模态对应的模态频率（263.74 Hz 与 1028.1 Hz）、有限元模态分析过程、动力学建模以及预紧力对摩擦驱动力关系的调节机制。关键实现要点包括模态选择频率与预紧力调节规则，并给出实验平台的搭建细节与信号驱动结构，确保单一谐波激励即可实现步进位移与稳定摩擦接触。
原型实验结果显示：第一模态最大顺时针角速度达209.59 mrad/s，分辨率60 μrad，负载扭矩46.5 N·mm；第二模态最大逆时针角速度达473.46 mrad/s，分辨率提升至2.2 μrad，负载扭矩82.5 N·mm。结果表明该方案在精度与扭矩之间实现了良好权衡，适合精密光学与微纳操控等场景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11131688
📖 第9篇
📌 基于小间隙电容分布模型的反极性法实现电粘附垫快速脱附
Rapid De-Adhesion of Electroadhesive Pad via Reversal Polarity Method Based on Small-Gap Capacitive Distribution Model
作者：Yingzhi Wang, Zihao Xie, Wenyi Sheng, Hong Ding, Jin Xie
本文关注于软体机器人中电粘附垫的脱附速度问题，提出基于小间隙电容分布模型的反极性快速脱附策略。研究首先建立电粘附的物理与等效电路模型，推导出不同类型的电粘附力表达式，并创新性地将接触界面微观粗糙度导致的非均匀间隙视作多个具有不同时间常数的RC并联支路，从而解释了残余电荷慢衰减的机理。
在实现方面，作者提出并优化了反极性电压的幅值与持续时间参数（Vr 与 tr），并设计了实验用的剪切电粘附力测量平台。论文给出了模型参数识别流程、仿真验证及参数灵敏度分析，明确了低能耗快速脱附的条件及稳态循环可靠性设计要点。
实验结果显示：在仅1.51 mW·cm⁻²的功耗条件下，电粘附垫可在0.12 秒内实现快速脱附，并在多周期操作中保持稳定的吸附力与重复性。该方法较机械脱附或传统电气振荡法在释放时间与能耗上均具有显著优势，且提出的多时间常数模型为后续控制策略设计提供了理论依据。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11121560
📖 第10篇
📌 冗余信道下矿车主动悬架系统的可靠切换型增益调度机制
Reliable Switching-Type Gaining-Scheduling Mechanism for Minecart Active Suspension Systems Under Redundant Channel
作者：Shiyao Pan, Xiang-Peng Xie, Xiao-Zheng Jin
本文面向矿山运输中因载荷突变与恶劣通信环境导致的悬架控制失效，提出结合冗余信道传输（RCT）协议與多模式高阶自由加权矩阵调度（MHFMS）的可靠控制体系。研究首先在通信层设计了基于测量删失的冗余传输逻辑，以补偿地面封闭环境下的信道衰落，并在控制层引入能同时描述非线性簧载与车身质量变化的IT-2模糊与马尔可夫框架。
控制器设计上，MHFMS通过引入多项式次数和调度参数构造依赖于工作模式的高阶自由加权矩阵，结合时变平衡矩阵实现切换期间的保守性降低。关键实现要点包括衰落增益阈值策略、备份信道接管逻辑以及高阶权重矩阵的实时计算机制，保证切换时系统稳定性与执行器约束满足。
在硬件在环（HIL）实验中，该方法在脉冲与碰撞激励下使系统状态在约0.634 秒内稳定，车身与轮胎位移稳定时间分别缩短至0.396 s与0.401 s。实验结果还显示该策略可补偿约10.83%的信道信息损失，并在乘坐舒适性与道路附着性指标上带来显著提升。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11123601
📖 第11篇
📌 基于未知输入观测器的高速开关阀容错控制研究
Research on Fault-Tolerant Control of High-Speed on/off Valves Based on Unknown Sensor Input Observers
作者：Aixiang Ma, Dongjie Wang, Yuxin He, Xihao Yan, Sihai Zhao
本文针对数字液压系统中高速开关阀（HSV）因电流传感器故障引起的控制精度下降问题，提出基于未知输入滑模观测器（SMO-UI）的容错控制框架。研究通过一阶低通滤波器与坐标变换将传感器故障等效为执行器故障，并设计出故障与扰动的分离机制，实现了系统状态观测与故障重构的并行处理，从而支持后续容错控制器的在线补偿。
在实现层面，论文给出SMO-UI的观测器设计、故障-扰动解耦矩阵的构造方法以及结合观测结果的双环控制器设计（外环超螺旋滑模位置控制 + 内环PI电流控制）。关键实现要点包括坐标变换矩阵与状态滤波器的参数选择，作者还论证了在“小故障、大扰动”场景下的稳定性与鲁棒性。
仿真与实验在液压缸控制实例中表明，该方法在同时存在传感器故障与外部扰动时仍能维持高精度控制：相较于NUIO方法，计算资源消耗降低约51%；位置跟踪误差降低了约72.73%。此外，相较于传统SMO-SMC方案，高频抖振现象显著抑制，验证了所提容错架构在工程化应用中的可行性与效率优势。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11130596
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