本書從電機本體控制策略系統(tǒng)級優(yōu)化三個維度，開展了全面深入的研究和探索，成功構(gòu)建了一套適用于直線感應(yīng)電機系統(tǒng)的理論分析體系。
針對直線感應(yīng)電機模型精度偏低、控制效果欠佳、系統(tǒng)優(yōu)化困難等相關(guān)技術(shù)瓶頸及難題，本書在直線感應(yīng)電機的時間諧波等效電路、電機系統(tǒng)損耗模型、電機系統(tǒng)小損耗控制、多參數(shù)并行辨識策略、系統(tǒng)級多層次優(yōu)化等方面開展了大量研究，取得了系列原創(chuàng)性成果，相關(guān)工作具有十分重要的理論分析及工程實踐意義。
本書可供電氣工程、控制工程、機械工程等相關(guān)行業(yè)科研技術(shù)人員，以及高等院校電機、電氣傳動、電力電子等專業(yè)的教師和學(xué)生參考。
寶藏圖書，強烈推薦給電機領(lǐng)域的研究生（尤其是博士生）或初從業(yè)的科研工作者，一本書盡得電機及相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究的方法和思路。
華中科技大學(xué)徐偉教授在直線感應(yīng)電機領(lǐng)域辛勤耕耘十八年，其研發(fā)工作和成果在國內(nèi)外都都具有很大的影響力。他在國家自然科學(xué)基金、國家海外高層次青年人才項目等支持下，從直線感應(yīng)電機本體、控制策略和系統(tǒng)集成優(yōu)化等方面開展了深入的研究和探索，建立了高精度等效模型，提出了高性能控制策略，并形成了系統(tǒng)級分層次優(yōu)化方法，從電機本體控制策略系統(tǒng)級優(yōu)化三個維度，成功構(gòu)建了一套較為完整的直線感應(yīng)電機系統(tǒng)的理論體系，取得了系列原創(chuàng)性成果，具有十分重要的理論與工程實踐意義。該書涉及內(nèi)容曾獲多個獎項行業(yè)內(nèi)大獎，作為作者直線電機研究的嘔心之作，本書更是徐教授科學(xué)、嚴謹?shù)闹螌W(xué)方法和思想淋漓體現(xiàn)。
全書邏輯嚴謹縝密，文路清晰流暢，文風(fēng)果敢勇毅，內(nèi)容飽滿詳實，致大盡微，自成體系，通俗易懂。
本書可供高等院校電機、電氣傳動、電力電子等專業(yè)的教師和學(xué)生，以及電氣工程、控制工程、機械工程等相關(guān)行業(yè)科研技術(shù)人員參考。
前言
Preface
因結(jié)構(gòu)簡單、電磁力直接驅(qū)動（無中間傳動裝置）、加減速度快、噪聲低等優(yōu)點，直線感應(yīng)電機系統(tǒng)已在軌道交通、伺服系統(tǒng)、電磁彈射器、電磁感應(yīng)泵等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于端部效應(yīng)影響，迄今直線感應(yīng)電機系統(tǒng)存在推力、效率和可靠性偏低等問題，主要面臨三方面技術(shù)瓶頸：等效模型不精確，電機特性分析、優(yōu)化設(shè)計及高性能控制難度大；控制策略不高效，復(fù)雜工況下電機的工作效率及運行可靠性偏低；系統(tǒng)優(yōu)化不深入，系統(tǒng)的功率因數(shù)和效率等性能指標難以同時達到。
在國家自然科學(xué)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(tǒng)級優(yōu)化三方面開展技術(shù)攻關(guān)，形成了本書較為完整的體系，具有一定理論意義與工程應(yīng)用價值。
本書第1章從直線感應(yīng)電機的應(yīng)用背景出發(fā)，綜述了電機本體、控制策略和系統(tǒng)級優(yōu)化方面的研究現(xiàn)狀，分析了當前技術(shù)條件下存在的挑戰(zhàn)與亟待解決的問題，并介紹了本書的主要內(nèi)容。第2章從直線感應(yīng)電機氣隙磁通密度方程入手，推導(dǎo)出電機繞組函數(shù)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(guī)律，并建立了時間諧波激勵下的直線感應(yīng)電機等效模型。第3章敘述了三種全面且實用的直線感應(yīng)電機損耗模型，可較為準確地衡量初級漏感、縱向邊端效應(yīng)、橫向邊緣效應(yīng)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(yù)測電流控制與矢量控制相結(jié)合，對邊端效應(yīng)和計算延遲進行補償，簡化了算法復(fù)雜度，提高了電流跟蹤性能。第5章采用雙矢量調(diào)制策略來提升電壓矢量的調(diào)制精度，首先求解獲得參考電壓矢量，快速選出電壓矢量組合，有效避免了重復(fù)的枚舉計算；然后實現(xiàn)了額定速度以下的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(tài)觀測器速度估計方法和擾動估計補償速度控制方法，實現(xiàn)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(shù)機理進行了詳細分析，先后研究了直線感應(yīng)電機的低復(fù)雜度高精度在線參數(shù)辨識方法、低開關(guān)頻率下模型預(yù)測控制參數(shù)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(yīng)電機的系統(tǒng)級優(yōu)化方法，從電機本體和控制策略等層面對直線感應(yīng)電機系統(tǒng)進行同時優(yōu)化。第9章對本書的內(nèi)容進行了詳細總結(jié)，并對直線感應(yīng)電機系統(tǒng)的未來發(fā)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(dǎo)師李耀華研究員和孫廣生研究員、博士后導(dǎo)師Jianguo Zhu教授和Xinghuo Yu教授，是他們的指導(dǎo)和引領(lǐng)，讓我有幸進入直線電機領(lǐng)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(xué)黃聲華教授、劉毅、彭紅林、楊春全等對團隊平臺的建設(shè)及對我的支持，喻家山下十年的堅持，厚積薄發(fā)，擔(dān)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。后，十分感謝國家自然科學(xué)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(guān)行業(yè)科研技術(shù)人員，以及高等院校電機、電氣傳動、電力電子等專業(yè)的教師和學(xué)生參考。因作者學(xué)識和時間有限，且直線感應(yīng)電機系統(tǒng)仍在不斷發(fā)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
徐偉，華中科技大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。入選IET Fellow、IEEE高級會員、高層次青年人才、湖北省百人計劃特聘專家、湖北省百名專利發(fā)明領(lǐng)軍人才。研究方向為電機設(shè)計、控制及系統(tǒng)集成應(yīng)用，在直線感應(yīng)電機系統(tǒng)穩(wěn)動態(tài)等效模型、多參數(shù)辨識、效率和推力提升、系統(tǒng)級優(yōu)化等方向獲得系列原創(chuàng)。研究團隊為華中科技大學(xué)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究組（http://machinececs.seee.hust.edu.cn/），和中車、徐工、蘭州電機、東風(fēng)汽車等多家重點行業(yè)權(quán)威企業(yè)開展深入合作。
擔(dān)任IEEE IES 武漢分部主席、2021年國際直線電機大會（LDIA）主席、2023年國際模型預(yù)測大會（PRECEDE）主席、IEEE TIE等期刊（副）編輯、國際直線電機大會指導(dǎo)委員（ISC Member）。主持國家重點研發(fā)計劃（金磚國合）、國家自然科學(xué)基金、湖北省重大項目和湖北省科技支撐、四川省重大研發(fā)、淄博市創(chuàng)新發(fā)展重點、佛山市科技創(chuàng)新團隊、深圳國合重點項目、徐工重大項目等。帶領(lǐng)團隊研發(fā)多個電機系統(tǒng)樣機及產(chǎn)品，通過權(quán)威部門科學(xué)技術(shù)評價5次，在城軌交通、電動汽車、鋼鐵冶煉、石油開采等行業(yè)得到應(yīng)用。
發(fā)表高水平期刊論文190余篇（IEEE匯刊論文150余篇，其中熱點論文1篇，高被引論文2篇），出版中英文著作8部（以作者身份，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）。以發(fā)明人身份，獲授權(quán)美國發(fā)明專利4項，授權(quán)中國發(fā)明專利71項（10余項得到應(yīng)用及許可轉(zhuǎn)化）、省部級獎4次、國家發(fā)改委節(jié)能產(chǎn)品目錄1次、國際學(xué)術(shù)研究Fellowship 3次、國際期刊或會議論文獎16次。相關(guān)成果Google Scholar引用率8000余次（H指數(shù)44），（2020~2023）連續(xù)3年入選Stanford大學(xué)世界2%科學(xué)家榜單。
目錄
Contents
序言
前言
第1章概述/
1.1研究背景及意義/
1.2直線感應(yīng)電機等效分析模型研究概述/
1.2.1路的方法/
1.2.2場的方法/
1.2.3場路結(jié)合法/
1.2.4等效模型研究難點/
1.3直線感應(yīng)電機控制方法研究概述/
1.3.1傳統(tǒng)控制策略/
1.3.2小損耗控制/
1.3.3模型預(yù)測控制/
1.3.4無速度傳感器控制/
1.3.5參數(shù)辨識及牽引性能提升/
1.4直線感應(yīng)電機多目標優(yōu)化研究概述/
1.4.1優(yōu)化建模/
1.4.2降維求解/
1.5本書主要研究內(nèi)容/
第2章直線感應(yīng)電機等效電路/
2.1引言/
2.2繞組函數(shù)理論及分析/
2.2.1電機結(jié)構(gòu)/
2.2.2繞組函數(shù)/
2.3繞組函數(shù)等效電路/
2.3.1電感計算/
2.3.2速度電壓校正系數(shù)/
2.3.3電壓和磁鏈方程/
2.3.4特性變量/
2.3.5等效電路推導(dǎo)/
2.4諧波成分及分析/
2.4.1空間諧波/
2.4.2時間諧波/
2.4.3總諧波/
2.5時間諧波等效電路/
2.5.1修正系數(shù)/
2.5.2等效電路/
2.6小結(jié)/
第3章直線感應(yīng)電機小損耗建模分析/
3.1引言/
3.2電機損耗模型/
3.2.1數(shù)學(xué)模型/
3.2.2損耗模型/
3.3直線感應(yīng)電機系統(tǒng)損耗模型/
3.3.1考慮逆變器的電機損耗模型/
3.3.2考慮時間諧波的電機損耗模型/
3.4直線感應(yīng)電機小損耗控制/
3.4.1控制算法/
3.4.2仿真結(jié)果/
3.4.3實驗結(jié)果/
3.5直線感應(yīng)電機系統(tǒng)小損耗控制/
3.5.1考慮逆變器損耗的小損耗控制/
3.5.2考慮時間諧波影響的小損耗控制/
3.5.3仿真結(jié)果/
3.5.4實驗結(jié)果/
3.6小結(jié)/
第4章直線感應(yīng)電機模型預(yù)測電流控制/
4.1引言/
4.2傳統(tǒng)模型預(yù)測電流控制/
4.2.1電流預(yù)測模型/
4.2.2傳統(tǒng)單矢量模型預(yù)測電流控制/
4.3基于不同調(diào)制策略的模型預(yù)測電流控制/
4.3.1單矢量模型預(yù)測電流控制/
4.3.2雙矢量模型預(yù)測電流控制/
4.3.3三矢量模型預(yù)測電流控制/
4.3.4實驗結(jié)果/
4.4多步長連續(xù)集模型預(yù)測電流控制/
4.4.1多步長連續(xù)集模型預(yù)測控制算法/
4.4.2含約束條件的簡化求解/
4.4.3實驗結(jié)果/
4.5多步長有限集模型預(yù)測電流控制/
4.5.1預(yù)測步長為2的情況/
4.5.2預(yù)測步長為N的一般情況/
4.5.3實驗結(jié)果/
4.6小結(jié)/
第5章直線感應(yīng)電機模型預(yù)測推力控制/
5.1引言/
5.2傳統(tǒng)模型預(yù)測推力控制/
5.3無權(quán)重系數(shù)模型預(yù)測推力控制/
5.3.1初級磁鏈約束法/
5.3.2統(tǒng)一量綱法/
5.3.3實驗結(jié)果/
5.4任意雙矢量模型預(yù)測推力控制/
5.4.1電壓矢量組合簡化搜索方法/
5.4.2含電流約束條件的簡化求解方法/
5.4.3實驗結(jié)果/
5.5基于參考初級磁鏈矢量的模型預(yù)測推力控制/
5.5.1基于MTPA的模型預(yù)測推力控制/
5.5.2參考初級磁鏈矢量推導(dǎo)/
5.5.3實驗結(jié)果/
5.6小結(jié)/
第6章直線感應(yīng)電機無速度傳感器控制/
6.1引言/
6.2基于全階觀測器的速度估計方法/
6.2.1全階狀態(tài)觀測器/
6.2.2全階自適應(yīng)速度觀測器/
6.3基于擴展全階狀態(tài)觀測器的速度估計方法/
6.3.1擴展狀態(tài)觀測器/
6.3.2擴展全階自適應(yīng)速度觀測器/
6.4全解耦二自由度無速度傳感器控制/
6.4.1速度控制器與觀測器對動態(tài)性能的影響/
6.4.2全解耦二自由度控制器設(shè)計/
6.4.3仿真及實驗結(jié)果/
6.5無速度傳感器控制穩(wěn)定性研究/
6.5.1穩(wěn)定性與阻尼特性分析/
6.5.2自適應(yīng)參數(shù)設(shè)計/
6.5.3仿真及實驗結(jié)果/
6.6小結(jié)/
第7章直線感應(yīng)電機參數(shù)辨識/
7.1引言/
7.2電機參數(shù)機理分析/
7.2.1參數(shù)變化機制分析/
7.2.2控制系統(tǒng)參數(shù)需求分析/
7.3低復(fù)雜度在線參數(shù)辨識/
7.3.1單參數(shù)在線辨識/
7.3.2雙參數(shù)在線辨識/
7.3.3仿真及實驗結(jié)果/
7.4低開關(guān)頻率下在線參數(shù)辨識/
7.4.1低開關(guān)頻率下辨識特性對比/
7.4.2參數(shù)敏感性與諧波抑制策略/
7.4.3仿真及實驗結(jié)果/
7.5帶參數(shù)辨識補償?shù)臒o速度傳感器控制/
7.5.1全階觀測器參數(shù)敏感性分析/
7.5.2勵磁電感與速度并行辨識/
7.5.3仿真及實驗結(jié)果/
7.6小結(jié)/
第8章直線感應(yīng)電機多目標優(yōu)化/
8.1引言/
8.2參數(shù)敏感性分析/
8.3直線感應(yīng)電機多層次優(yōu)化模型/
8.3.1正交實驗表/
8.3.2相關(guān)性分析/
8.3.3優(yōu)化模型/
8.4多層次優(yōu)化/
8.4.1直線感應(yīng)電機優(yōu)化模型及結(jié)果/
8.4.2優(yōu)化方案驗證/
8.5直線感應(yīng)電機系統(tǒng)級優(yōu)化/
8.5.1優(yōu)化模型/
8.5.2仿真及實驗結(jié)果/
8.6小結(jié)/
第9章總結(jié)與展望/
9.1全書總結(jié)/
9.2展望/
參考文獻/
附錄/
附錄A/
附錄B/
附錄C/
書單推薦
