前言

因結構簡單、電磁力直接驅動（無中間傳動裝置）、加減速度快、噪聲低等優點，直線感應電機系統已在軌道交通、伺服系統、電磁彈射器、電磁感應泵等領域得到了廣泛的應用。然而，由于端部效應影響，迄今直線感應電機系統存在推力、效率和可靠性偏低等問題，主要面臨三方面技術瓶頸：等效模型不精確，電機特性分析、優化設計及高性能控制難度大；控制策略不高效，復雜工況下電機的工作效率及運行可靠性偏低；系統優化不深入，系統的功率因數和效率等性能指標難以同時達到最優。

在國家自然科學基金、國家海外高層次青年人才項目、徐工研究院重大項目等支持下，作者從“電機本體—控制策略—系統級優化”三方面開展技術攻關，形成了本書較為完整的體系，具有一定理論意義與工程應用價值。

本書第1章從直線感應電機的應用背景出發，綜述了電機本體、控制策略和系統級優化方面的研究現狀，分析了當前技術條件下存在的挑戰與亟待解決的問題，并介紹了本書的主要內容。第2章從直線感應電機氣隙磁通密度方程入手，推導出電機繞組函數電路模型，分析了電機中存在的主要空間諧波和時間諧波成分及其作用規律，并建立了時間諧波激勵下的直線感應電機等效模型。第3章敘述了三種全面且實用的直線感應電機損耗模型，可較為準確地衡量初級漏感、縱向邊端效應、橫向邊緣效應等因素的影響，還分別考慮了電機和逆變器時間諧波損耗等。第4章將模型預測電流控制與矢量控制相結合，對邊端效應和計算延遲進行補償，簡化了算法復雜度，提高了電流跟蹤性能。第5章采用雙矢量調制策略來提升電壓矢量的調制精度，首先求解獲得參考電壓矢量，快速選出最優電壓矢量組合，有效避免了重復的枚舉計算；然后實現了額定速度以下的最大推力電流比控制和額定速度以上的弱磁控制。第6章提出擴展全階狀態觀測器速度估計方法和擾動估計補償速度控制方法，實現了速度跟蹤性能和負載擾動性能的全解耦二自由度控制。第7章對電機參數機理進行了詳細分析，先后研究了直線感應電機的低復雜度高精度在線參數辨識方法、低開關頻率下模型預測控制參數辨識方案和無速度傳感器下勵磁電感并行辨識方案。第8章研究了直線感應電機的系統級優化方法，從電機本體和控制策略等層面對直線感應電機系統進行同時優化。第9章對本書的內容進行了詳細總結，并對直線感應電機系統的未來發展趨勢進行了展望。

本書的書稿整理和校對工作得到了作者的博士生唐一融、董定昊、肖新宇、上官用道、郭穎聰、成思偉、葛健、胡冬、佃仁俊、鄒劍橋、Mahmoud F.Elmorshedy、Mosaad M.Ali、Samir A.Hamad等的大力支持，在此一并致謝。同時，衷心感謝我的博士生導師李耀華研究員和孫廣生研究員、博士后導師Jianguo Zhu教授和Xinghuo Yu教授，是他們的指導和引領，讓我有幸進入直線電機領域，十八年如一日的堅守，致大盡微，博覽眾長。其次，真心感謝華中科技大學黃聲華教授、劉毅、彭紅林、楊春全等對團隊平臺的建設及對我的支持，喻家山下十年的堅持，厚積薄發，擔當致遠。再次，非常感謝愛人和孩子的長情陪伴，感謝父母的常年掛念。最后，十分感謝國家自然科學基金面上項目（No.52277050和No.51377065）和國家海外高層次青年人才項目等的大力支持。

本書可供電氣工程、控制工程、機械工程等相關行業科研技術人員，以及高等院校電機、電氣傳動、電力電子等專業的教師和學生參考。因作者學識和時間有限，且直線感應電機系統仍在不斷發展之中，書中難免存在諸多問題或不當之處，敬請廣大同仁和讀者不吝批評指正。

徐偉 謹識

2022年10月于華中大