前言

因结构简单、电磁力直接驱动（无中间传动装置）、加减速度快、噪声低等优点，直线感应电机系统已在轨道交通、伺服系统、电磁弹射器、电磁感应泵等领域得到了广泛的应用。然而，由于端部效应影响，迄今直线感应电机系统存在推力、效率和可靠性偏低等问题，主要面临三方面技术瓶颈：等效模型不精确，电机特性分析、优化设计及高性能控制难度大；控制策略不高效，复杂工况下电机的工作效率及运行可靠性偏低；系统优化不深入，系统的功率因数和效率等性能指标难以同时达到最优。

在国家自然科学基金、国家海外高层次青年人才项目、徐工研究院重大项目等支持下，作者从“电机本体—控制策略—系统级优化”三方面开展技术攻关，形成了本书较为完整的体系，具有一定理论意义与工程应用价值。

本书第1章从直线感应电机的应用背景出发，综述了电机本体、控制策略和系统级优化方面的研究现状，分析了当前技术条件下存在的挑战与亟待解决的问题，并介绍了本书的主要内容。第2章从直线感应电机气隙磁通密度方程入手，推导出电机绕组函数电路模型，分析了电机中存在的主要空间谐波和时间谐波成分及其作用规律，并建立了时间谐波激励下的直线感应电机等效模型。第3章叙述了三种全面且实用的直线感应电机损耗模型，可较为准确地衡量初级漏感、纵向边端效应、横向边缘效应等因素的影响，还分别考虑了电机和逆变器时间谐波损耗等。第4章将模型预测电流控制与矢量控制相结合，对边端效应和计算延迟进行补偿，简化了算法复杂度，提高了电流跟踪性能。第5章采用双矢量调制策略来提升电压矢量的调制精度，首先求解获得参考电压矢量，快速选出最优电压矢量组合，有效避免了重复的枚举计算；然后实现了额定速度以下的最大推力电流比控制和额定速度以上的弱磁控制。第6章提出扩展全阶状态观测器速度估计方法和扰动估计补偿速度控制方法，实现了速度跟踪性能和负载扰动性能的全解耦二自由度控制。第7章对电机参数机理进行了详细分析，先后研究了直线感应电机的低复杂度高精度在线参数辨识方法、低开关频率下模型预测控制参数辨识方案和无速度传感器下励磁电感并行辨识方案。第8章研究了直线感应电机的系统级优化方法，从电机本体和控制策略等层面对直线感应电机系统进行同时优化。第9章对本书的内容进行了详细总结，并对直线感应电机系统的未来发展趋势进行了展望。

本书的书稿整理和校对工作得到了作者的博士生唐一融、董定昊、肖新宇、上官用道、郭颖聪、成思伟、葛健、胡冬、佃仁俊、邹剑桥、Mahmoud F.Elmorshedy、Mosaad M.Ali、Samir A.Hamad等的大力支持，在此一并致谢。同时，衷心感谢我的博士生导师李耀华研究员和孙广生研究员、博士后导师Jianguo Zhu教授和Xinghuo Yu教授，是他们的指导和引领，让我有幸进入直线电机领域，十八年如一日的坚守，致大尽微，博览众长。其次，真心感谢华中科技大学黄声华教授、刘毅、彭红林、杨春全等对团队平台的建设及对我的支持，喻家山下十年的坚持，厚积薄发，担当致远。再次，非常感谢爱人和孩子的长情陪伴，感谢父母的常年挂念。最后，十分感谢国家自然科学基金面上项目（No.52277050和No.51377065）和国家海外高层次青年人才项目等的大力支持。

本书可供电气工程、控制工程、机械工程等相关行业科研技术人员，以及高等院校电机、电气传动、电力电子等专业的教师和学生参考。因作者学识和时间有限，且直线感应电机系统仍在不断发展之中，书中难免存在诸多问题或不当之处，敬请广大同仁和读者不吝批评指正。

徐伟谨识
2022年10月于华中大

徐伟，华中科技大学教授，博士生导师。入选IET Fellow、IEEE高级会员、国家级高层次青年人才、湖北省百人计划特聘专家、湖北省百名专利发明领军人才。研究方向为电机设计、控制及系统集成应用，在直线感应电机系统稳动态等效模型、多参数辨识、效率和推力提升、系统级优化等方向获得系列原创。研究团队为“华中科技大学能量转换系统研究组”，和中车、徐工、兰州电机、东风汽车等多家重点行业权威企业开展深入合作。

担任IEEE IES 武汉分部主席、2021年国际直线电机大会（LDIA）主席、2023年国际模型预测大会（PRECEDE）主席、IEEE TIE等期刊（副）编辑、国际直线电机大会指导委员（ISC Member）。主持国家重点研发计划（金砖国合）、国家自然科学基金、湖北省重大项目和湖北省科技支撑、四川省重大研发、淄博市创新发展重点、佛山市科技创新团队、深圳国合重点项目、徐工重大项目等。带领团队研发多个电机系统样机及产品，通过权威部门科学技术评价5次，在城轨交通、电动汽车、钢铁冶炼、石油开采等行业得到应用。

发表高水平期刊论文190余篇（IEEE汇刊论文150余篇，其中热点论文1篇，高被引论文2篇），出版中英文著作8部（以第一作者身份，2019年在Springer出版《Advanced Linear Machines and Drive Systems》，2023年在CRC出版《Permanent Magnet Synchronous Machines and Drives: Flux Weakening Advanced Control Techniques》等）。以第一发明人身份，获授权美国发明专利4项，授权中国发明专利71项（10余项得到应用及许可转化）、省部级奖4次、国家发改委节能产品目录1次、国际学术研究Fellowship 3次、国际期刊或会议最佳论文奖16次。相关成果Google Scholar引用率8000余次（H指数44），（2020~2023）连续3年入选Stanford大学“世界2%顶尖科学家榜单”。