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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2025年issue11推送（第6期/共10期）。本期推送共精选了10篇研究论文，内容聚焦于电力电子变换器与电机控制、先进机器人技术、以及复杂系统建模与估计等前沿领域。具体涵盖了混合模块化多电平变换器的环流抑制、电力电子变换器的实时仿真方法、无轴承开关磁阻电机与磁悬浮系统的控制策略、轮式双足机器人的动态运动规划、水下滑翔机的能耗建模、线性时变系统的鲁棒集成估计、单相锁相环设计，以及基于神经动力学的机器人控制和单逆变器双并联电机同步控制等关键技术。
本期目录
📖 第1篇：基于多材料器件的混合模块化多电平变换器环流抑制方法
📖 第2篇：一种适用于电力电子变换器的通用无接口延迟实时仿真方法及其A稳定性
📖 第3篇：基于在线校正悬浮力分配函数的12/4无轴承开关磁阻电机悬浮控制策略
📖 第4篇：一种用于五自由度磁悬浮系统中永磁同步电机的负刚度注入减振方法
📖 第5篇：考虑动态约束的轮式双足机器人跑跳运动规划与控制方案
📖 第6篇：考虑稳态动力学约束的水下滑翔机实时可更新灰箱能耗模型
📖 第7篇：线性时变系统未知扰动、参数与状态的鲁棒集成估计
📖 第8篇：一种兼具优异动态与稳态性能的单相自反馈锁相环
📖 第9篇：基于神经动力学的加速度层机器人控制
📖 第10篇：基于自适应观测器的单逆变器双并联表贴式永磁同步电机控制策略
📖 第1篇
📌 基于多材料器件的混合模块化多电平变换器环流抑制方法
A Circulating Current Suppression Method for Hybrid Modular Multilevel Converter Based on Multimaterial Devices
作者：Peng Ren，Qi Guo，Yuchao Hou，Chunming Tu，Donghai Zhu，Kai Sun
本文聚焦于中压电力电子领域，针对传统模块化多电平变换器（MMC）高频开关带来的运行损耗问题，提出了基于多材料器件（硅IGBT与碳化硅MOSFET）的混合模块化多电平变换器（HMMC）结构。通过结合硅器件低导通损耗与碳化硅器件高频低开关损耗优势，HMMC实现了成本与性能间更优的平衡。核心技术是采用混合频率调制策略，即多数半桥子模块（HSM）工作于低频最近电平调制（NLM）模式，唯一全桥子模块（FSM）工作于高频PWM模式，以消除低次谐波。针对由此产生的环流抑制难题，本文提出了专门针对HMMC的特定环流抑制（SCCS）方法，通过分析FSM电容电压稳定的模式切换引入的两种冗余电压状态，创新利用这些状态调控HSM数量，有效抑制环流且避免输出波形质量恶化。
实现过程中，该方法分为初步计算确定HSM调整数量与结合FSM模式切换冗余电压进行数值优化调整两个阶段。此策略避免了引入额外差模电压扰动，完全利用HMMC固有冗余电平，实现了环流抑制与输出波形解耦。实验与仿真验证显示，所提方法可将环流峰值降低约89.5%，同时保持总谐波畸变率不升高。相较于纯碳化硅MMC，该方案在输出质量、效率和成本之间取得显著优势。
实验验证包括对HMMC在不同工况下的环流峰值及输出波形进行测量和对比，结果证明方法有效降低了环流并提升系统综合性能，适用于中压及少子模块应用场景。研究结论具有重要的工程推广价值，为高性能、低成本多电平变换器设计提供了创新思路。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10980461
📖 第2篇
📌 一种适用于电力电子变换器的通用无接口延迟实时仿真方法及其A稳定性
A General Interface-Free Delayed Real-Time Simulation Method with A-Stability for Power Electronic Converters
作者：Mingwang Xu，Wei Gu，Xiaodong Yuan，Huachun Han，Yang Cao，Shuaixian Chen，Fei Zhang，Wei Liu
实时电磁暂态仿真是高频电力电子器件动态分析的关键，但受限于复杂拓扑及非线性开关器件，传统方法多存在计算负担大、接口延迟与数值稳定性差的问题。针对这一痛点，本文提出了一种具有A稳定性的通用无接口延迟实时仿真方法。其核心创新是引入半步长显式解析解，用于修正接口处受控源数值，消除接口延迟并兼顾计算效率。
该方法通过将电力电子系统模型描述为非线性微分方程，再以状态空间方程形式离散化，并结合中心差分与梯形积分以及半步长显式格式近似非线性部分，实现了系统导纳矩阵的固定不变，免去迭代求逆运算，显著提升了仿真速度与精度。
方法理论分析表明其包含绝对稳定性（A稳定性），确保长时仿真期间误差收敛。兼具灵活性，支持变换器闭锁模式切换，且不需额外硬件辅助。通过OP4610硬件在环测试，结果与详细模型及实验数据高度吻合，误差低至0.023%，证明了该方法的高精度与良好可扩展性，对于大规模电力电子系统实时仿真具有重大应用潜力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10990197
📖 第3篇
📌 基于在线校正悬浮力分配函数的12/4无轴承开关磁阻电机悬浮控制策略
A Levitation Control Strategy Based on Online Corrected Levitation-Force Sharing Function for 12/4 BSRM
作者：Qiang Cui，Xin Cao，Zhiquan Deng
针对高速旋转机械领域无轴承开关磁阻电机（BSRM）中悬浮力波动大的核心问题，本文提出了一种基于在线校正的悬浮力分配函数（LFSF）的全新悬浮控制策略。12/4极结构因其低基频和较好解耦性能成为研究重点。传统控制在高速换相工况下，电流上升率不足导致悬浮力下降，严重影响悬浮稳定性。
策略创新点包括重新设计悬浮力与转矩合成方式，实现通过延长悬浮力导通区间增强电流跟踪能力；利用余弦函数构建的LFSF动态分配各相参考悬浮力，解决换相时悬浮力下降问题，并有效提高平均悬浮力；引入在线校正算法，基于误差反馈调整先前相参考值，实现悬浮力平滑过渡，显著减少力脉动。
实验验证采用12/4 BSRM原型机，对比传统ACC和DFC控制，所提LFSF策略在相同转速下悬浮力波动抑制达48%，平均悬浮力提升48%，且在20000 r/min高速运行时保持稳定。该策略兼顾悬浮性能和转矩输出，适用于高端航空航天及工业领域高速度高集成度应用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10989493
📖 第4篇
📌 一种用于五自由度磁悬浮系统中永磁同步电机的负刚度注入减振方法
A Negative Stiffness Injection Method to Reduce Vibration for PMSM in 5-DoF Magnetic Levitation Systems
作者：Qiang Yu，Xin Cao，Xu Deng，Zhiquan Deng，Jun Cai
面对高速永磁同步电机(PMSM)磁轴承系统因定转子气隙变化产生的不平衡磁拉力(UMP)而引起的振动与稳定性下降问题，本文提出了一种负刚度注入方法，通过向PMSM d轴注入负向电流，主动削弱不平衡磁拉力，实现对振动的有效抑制。
该方法无需增设额外绕组或硬件，仅通过控制策略调整实现等效负刚度。理论与有限元仿真表明，负d轴电流在转子偏心时产生与UMP方向相反阻尼力，有效降低多频振动加速度。通过灵敏度函数和奈奎斯特曲线进一步验证了系统稳定性，确保谐振频率安全通过。
在5-DoF磁悬浮系统原型机实验中，负刚度注入法在9000r/min与20000r/min工况下降低振动加速度分别达30%和32%，对奇偶次谐波振动均有广谱抑制效果。系统径向位移峰峰值及峰值灵敏度显著降低，满足ISO 14839-3稳定运行标准。该方法结构简洁，适用范围广泛，对绕组温升影响有限。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10989523
📖 第5篇
📌 考虑动态约束的轮式双足机器人跑跳运动规划与控制方案
A Planning and Control Scheme for the Run-and-Jump Motion of a Wheeled Bipedal Robot Considering Dynamic Constraints
作者：Biao Lu，Haixin Cao，Yunsong Hao，Yongchun Fang，Shuang Tang
本文针对轮式双足机器人(WBR)在复杂地形下连续跑跳运动的规划与控制问题，提出一套覆盖准备、飞行与恢复三个阶段的综合跑跳运动规划控制方案，实现奔跑与跳跃模式间的无缝切换，改善其地形适应能力。
核心创新体现在：构建了结合非线性规划的关节轨迹在线优化框架，引入动态耦合、腿部几何约束及驱动限制，提升规划的物理真实感与可靠性；针对降低实时计算压力，设计定制化的跑跳运动库用于快速轨迹查询；控制层分别设计基于滑模的平衡控制、角动量守恒反馈及阻抗控制，实现高效扰动抑制与柔顺着陆。
多场景仿真和硬件实验验证表明，该方案相比传统方法在预设跳跃高度和跨越距离上误差明显降低，动作更协调且能量利用率更高。在复杂环境中，机器人能够快速稳定恢复，显著提升了其动态适应性与实用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11006713
📖 第6篇
📌 考虑稳态动力学约束的水下滑翔机实时可更新灰箱能耗模型
A Real-Time Updatable Gray-Box Energy Consumption Model for Underwater Gliders Considering Steady-State Dynamics Constraints
作者：Anyan Jing，Jian Gao，Guang Pan，Baowei Song，Chenguang Yang
针对水下滑翔机(UG)能耗准确预测难题，本文基于灰箱建模思想，突破传统“白箱”模型假设中油囊质量均匀分布的限制，创新采用将活塞与腔体分开进行动能分析，建立更精确的动力学耦合模型，精细映射净浮力、可移动质量位移与俯仰角关系。
利用克里金建模方法训练面向单剖面滑翔的灰箱模型，配合递归最小二乘算法实现在线更新，有效补偿海水密度变化、生物附着等未建模因素，提升模型的适应性与泛化能力。
综合硬件在环仿真、高保真动力学模拟及海上试验验证，所提模型相比传统动力学推导模型表现出估计精度更高和在线更新能力显著，更新耗时小于10秒。模型还明确揭示了能耗与滑翔净浮力、俯仰角的单调关系，为航路优化和能量管理提供了高效工具，促进水下滑翔机智能化发展。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10981867
📖 第7篇
📌 线性时变系统未知扰动、参数与状态的鲁棒集成估计
A Robust Integrated Estimation of Unknown Disturbances, Parameters and States for Linear Time-Varying Systems
作者：Xiaoyi Xu，Hao Luo，Mingyi Huo，Yuchen Jiang，Xiao Zhang，Xin Lv
面向工业控制中未知扰动和时变参数对系统性能的影响，本文提出了一种针对多输入多输出(MIMO)线性时变系统的鲁棒集成估计（RIE）方法，实现未知扰动、时变参数与状态的同步在线估计，突破传统先参数辨识再扰动估计的级联模式。
创新设计了自适应协同估计机制，基于系统输入/输出数据，无需扰动动态或参数先验假设。理论分析证明在合理激励条件下，所有估计误差可实现稳定收敛，极大提升复杂工况下的适用性与鲁棒性。
通过数值仿真和四旋翼无人机实验验证，RIE在复杂扰动和未知时变参数条件下，扰动估计平均绝对误差比ESO低两个数量级。实验中成功估计了负载导致的摆动及摩擦扰动，有效克服模型失配问题，显著提升估计精度和系统抗干扰能力，具有广泛工业应用前景。
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📖 第8篇
📌 一种兼具优异动态与稳态性能的单相自反馈锁相环
A Single-Phase Self-Feedback Phase-Locked Loop With Good Dynamic and Steady-State Performance
作者：Gaoxiang Li，Keyu Wang，Jining Chen，Xiao Liu
针对单相变流器锁相环(PLL)设计难题，本文创新提出了基于锁相环自身输出信号构造正交电压的单相自反馈锁相环（SF-PLL）方案。通过在q轴电压引入低通滤波器有效滤除谐波，大幅提升稳态性能。
与传统二阶广义积分器锁相环（SOGI-PLL）相比，SF-PLL结构更简洁，动态与稳态响应更优，且通过根轨迹分析验证了系统稳定性，保证在电网电压频率或相位波动时相位误差收敛至零。
仿真及实验表明，SF-PLL在非理想电网条件下构建正交信号速度更快，超调量与稳态波动更小，控制过程更平滑，且计算复杂度低，适合实际并网变流器同步控制，提升弱电网中可再生能源系统的稳定性与可靠性。
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📖 第9篇
📌 基于神经动力学的加速度层机器人控制
Acceleration-Layer Robotic Control Based on Neural Dynamics
作者：Muhammad Usama Goher，Peng Yu，Qinghua Lu，Ning Tan
针对传统速度层机器人控制固有限制，本文提出创新的基于归零神经动力学(ZND)框架的加速度层连续四元神经动力学（ACQN）控制方法，提升对刚性及连续体机器人的控制精度与适应性，目标为实现复杂动力学下的平滑加速度调制。
方法设计四重ZND模块分别负责执行器状态计算、自适应雅可比矩阵估计、伪逆求解及终端控制生成，显著减少速度振荡和位置超调，延长机械寿命。两种数值离散化方案（Verlet与改进隐式左右三步ILR3S）保证数值稳定性与实时性，适合嵌入式部署。
通过MATLAB、CoppeliaSim仿真及GEN3 Kinova实体机器人实验验证，ADQN模型在复杂轨迹跟踪上表现卓越，实现低至5.77×10⁻⁷米的跟踪误差，较现有方案在计算效率和准确率上均有显著优势，为高性能机器人控制提供有力支持。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10965542
📖 第10篇
📌 基于自适应观测器的单逆变器双并联表贴式永磁同步电机控制策略
Adaptive Observer-Based Control for Monoinverter Dual Parallel SPMSM
作者：Jiong Li，Yao Sun，Jianheng Lin，Xing Li，Feng Zhou，Hanbing Dan
针对需要同步转速的MIDP(单逆变器双并联)永磁同步电机系统易失步的挑战，本文提出了一种结构简洁、参数易整定的基于自适应观测器的控制方案，仅依赖主电机转子位置信息即可精确估计并联电机的反电动势及转子状态。
核心创新包括引入辅助矢量输入，确保观测误差系统严格正实，与自适应增益调整确保观测极点与电机转速无关；采用“均值-差量”架构替代传统“主-从”框架，降低观测器设计复杂度，结合周期信号先验信息简化参数设计。
在额定转速3.3%至100%的宽速域及负载突变、转速变化、负载不平衡和电机参数失配等多工况下验证，该方案展现了优越的同步稳定性和动态响应性能，有效降低系统传感器需求与成本，适合工业多电机并联驱动应用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10989496
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