直線電機(jī)設(shè)計(jì)、控制及系統(tǒng)集成專題特約主編寄語

一、引言

在以往諸多工業(yè)應(yīng)用場合中，直線驅(qū)動(dòng)裝置或系統(tǒng)大多采用常規(guī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)并通過中間傳動(dòng)裝置（例如鏈條、齒輪箱等）轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，其面臨體積大、效率低、精度低、噪聲大、機(jī)械損耗大、維護(hù)量大等問題。直線電機(jī)通過初、次級(jí)電磁感應(yīng)即可產(chǎn)生直接推力，并獲得直線運(yùn)動(dòng)，是直線直驅(qū)場合的首要之選。由于省去了中間傳動(dòng)裝置，直線電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)具有體積緊湊、推力大、響應(yīng)速度快、精度高、維護(hù)量小、噪聲小等眾多優(yōu)勢，迄今已在軌道交通、新能源發(fā)電、高精度機(jī)床、壓縮機(jī)等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，未來市場方興未艾，潛力十分巨大。

然而，直線電機(jī)受磁路開斷、大氣隙、初級(jí)半填充槽、初次級(jí)寬度不等及嚴(yán)重非對稱結(jié)構(gòu)等因素影響，其氣隙磁場畸變嚴(yán)重、作用機(jī)理復(fù)雜，是一個(gè)典型的高階、非線性、強(qiáng)耦合系統(tǒng)，很難獲得準(zhǔn)確的電機(jī)等效模型和參數(shù)，給直線電機(jī)性能分析、電磁設(shè)計(jì)、高效控制、系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化等工作帶來了極大困難，嚴(yán)重制約了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體性能的充分發(fā)揮，亦是限制直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步大規(guī)模發(fā)展應(yīng)用的主要因素。

為了反映國內(nèi)學(xué)者在“直線電機(jī)設(shè)計(jì)、控制及系統(tǒng)集成”領(lǐng)域的研究成果，在《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》編輯和國內(nèi)外客座編委的支持下，本次專題應(yīng)運(yùn)而生。

本專題得到了國內(nèi)學(xué)者的積極響應(yīng)，共收到投稿論文70余篇，經(jīng)過審稿專家認(rèn)真嚴(yán)格評(píng)審，專題最終選用27篇，研究內(nèi)容涵蓋了直線電機(jī)建模分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)、電磁計(jì)算、高性能控制策略等多個(gè)方面，研究對象不僅包括相對傳統(tǒng)的直線感應(yīng)電機(jī)和永磁直線電機(jī)，也包括雙三相永磁直線電機(jī)、開繞組磁場調(diào)制永磁直線電機(jī)、雙軸直線電機(jī)等多種新型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，充分反映了當(dāng)前直線電機(jī)系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)。本期先選用11篇刊出。

二、具體內(nèi)容介紹

1. 在直線電機(jī)建模分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)方面有4篇文章

論文《雙三相永磁直線電機(jī)的推力波動(dòng)及抑制》基于有限元模型，分析了雙三相永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)，其包括了兩個(gè)由于直線結(jié)構(gòu)引起的分量，并針對這些問題分別通過采用優(yōu)化鐵心邊端齒和提出不等匝數(shù)繞組結(jié)構(gòu)的方法來進(jìn)行抑制。

論文《平板型永磁直線同步電機(jī)推力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)》為了抑制永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)，提升平均推力，以12槽10極平板型永磁同步直線電機(jī)為研究對象，對電機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

論文《永磁電動(dòng)懸浮系統(tǒng)三維解析建模與電磁力優(yōu)化分析》建立了直線型永磁電動(dòng)懸浮系統(tǒng)三維電磁解析模型，考慮了系統(tǒng)的橫向端部效應(yīng)和縱向端部效應(yīng)計(jì)算問題，基于構(gòu)建的三維解析模型分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響。

論文《次級(jí)斷續(xù)時(shí)直線感應(yīng)牽引電機(jī)的分段式等效電路與特性分析》在考慮初級(jí)有限長、橫向端部效應(yīng)、初級(jí)半填充槽和趨膚效應(yīng)的前提下，綜合分析了初級(jí)與斷續(xù)次級(jí)的耦合情況和縱向端部效應(yīng)，提出了次級(jí)斷續(xù)工況下直線感應(yīng)電機(jī)的分段式等效電路模型并分析了電機(jī)的運(yùn)行特性。

2. 在直線電機(jī)電磁計(jì)算方面有2篇文章

論文《永磁直線同步電機(jī)空載反電動(dòng)勢和推力的解析計(jì)算》針對目前永磁直線同步電機(jī)（PMLSM）磁場解析模型的復(fù)雜性，為了提高解析模型的計(jì)算效率，采用了改進(jìn)的二維氣隙相對磁導(dǎo)函數(shù)，以計(jì)算考慮齒槽效應(yīng)時(shí)電機(jī)的空載反電動(dòng)勢和推力。

論文《長定子直線同步電機(jī)齒槽效應(yīng)的計(jì)算與影響》采用傅里葉級(jí)數(shù)法建立了高速磁浮長定子直線同步電機(jī)的解析模型，計(jì)算出氣隙縱向磁通密度沿運(yùn)動(dòng)方向上的分布，并與有限元結(jié)果進(jìn)行了對比。

3. 在直線電機(jī)高性能控制策略方面有5篇文章

論文《開繞組磁場調(diào)制永磁直線電機(jī)的單位功率因數(shù)弱磁控制》通過單位功率因數(shù)調(diào)制策略，解耦電機(jī)運(yùn)行所需有功功率、無功功率，降低電源逆變器無功壓力，使之運(yùn)行于單位功率因數(shù)。將弱磁與飛跨電容的功率因數(shù)補(bǔ)償特點(diǎn)相結(jié)合，拓寬了電機(jī)系統(tǒng)的調(diào)速范圍。

論文《直線感應(yīng)電機(jī)效率優(yōu)化控制技術(shù)綜述》歸納了國內(nèi)外直線感應(yīng)電機(jī)效率優(yōu)化控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀，分析總結(jié)了迄今所存在的關(guān)鍵問題，并討論了未來直線感應(yīng)電機(jī)高效控制技術(shù)發(fā)展方向。

論文《基于生物智能環(huán)狀耦合的嵌入式永磁同步直線電機(jī)高精度位置協(xié)同控制研究》針對集成永磁同步直線電機(jī)（IPMSLM）系統(tǒng)，借鑒生物領(lǐng)域激素調(diào)節(jié)原理，結(jié)合生物智能控制與滑模變結(jié)構(gòu)控制算法，提高了IPMSLM 系統(tǒng)中單電機(jī)的定位精度與魯棒性?；贚yapunov 穩(wěn)定性原理，設(shè)計(jì)了環(huán)狀耦合位置協(xié)同控制器，在確保全局穩(wěn)定的同時(shí)，進(jìn)一步提高了 IPMSLM 整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同定位精度。

論文《基于速度前瞻的雙軸直線電機(jī)交叉耦合控制策略》設(shè)計(jì)了能夠適應(yīng)多種路徑類型的改進(jìn)自適應(yīng)插補(bǔ)算法交叉耦合控制器。同時(shí)利用雙環(huán)滑模控制算法設(shè)計(jì)了單軸電機(jī)控制器，該控制器可以提高電機(jī)對干擾做出反應(yīng)的速度，并及時(shí)調(diào)整輸出。

論文《直線式移相變壓器兩類縱向邊端效應(yīng)分析》針對直線式移相變壓器磁路開斷產(chǎn)生兩類縱向邊端效應(yīng)這一固有問題，分析了第一類縱向邊端效應(yīng)影響下三相電流不平衡現(xiàn)象以及氣隙磁動(dòng)勢的分布，推導(dǎo)出第二類縱向邊端效應(yīng)影響下氣隙磁場的解析表達(dá)式，證明了通過合理選取變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)可以有效削弱兩類縱向邊端效應(yīng)對氣隙磁場和工作性能的影響。

三、結(jié)語

本次專題反映了我國學(xué)者在“直線電機(jī)設(shè)計(jì)、控制及系統(tǒng)集成”領(lǐng)域的最新進(jìn)展，為相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者提供了交流的平臺(tái)，為促進(jìn)直線電機(jī)的性能提升和應(yīng)用提供了思考和啟發(fā)。

感謝各位專家編委對本專題的支持，感謝《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》編輯部為本次專題能夠順利出版付出的辛勤勞動(dòng)。