中国科学院电工研究所唐一融、徐伟、廖凯举以及华中科技大学葛健、肖晗等研究人员，在2025年第10期《电工技术学报》上撰文，针对三电平变频驱动的直线感应电机系统，提出一种适用于低开关频率的强鲁棒效率优化控制策略。

研究背景

相较传统旋转电机牵引系统，直线感应电机牵引系统可直接产生运动方向电磁推力，具有选线灵活、爬坡能力强等优点，高度契合城轨交通发展需求，是直线地铁、中低速磁浮等应用的核心装备。

然而，因大气隙、端部效应、大功率低开关频率等特点，城轨交通用直线感应电机系统运行效率偏低。现有效率优化控制策略通过损耗建模、磁链调控等过程成功提升电机效率，但仍存在参数鲁棒性差、系统效率提升受限等问题亟待解决。

论文所解决的问题及意义

针对现有直线感应电机效率优化控制易受电机参数变化影响等问题，本文提出了电机系统低开关频率强鲁棒效率优化控制策略。该方法针对效率优化控制的最优磁链选择和调控环节，分别设计和提出了混合式最优初级磁链搜索方法和无模型预测磁链控制，显著增强了效率优化控制的参数鲁棒性。

通过以逆变器直流母线电流最小为最优磁链搜索目标，充分考虑到逆变器损耗及谐波损耗等影响因素，有效降低了系统损耗。相关成果对充分发挥直线城轨交通技术优势、推进交通强国战略实施进程具有重要意义。

论文方法及创新点

1、混合式最优初级磁链搜索方法

本文对现有直线感应电机损耗模型的参数敏感性进行理论分析，明确了在电机特有端部效应引起的参数非线性变化下，仅基于损耗模型实施效率优化控制的不足之处。进而设计了混合式最优初级磁链搜索方法，将损耗模型法与梯度下降法结合，动态时以前者计算结果作为磁链参考值保持系统快速响应能力，稳态时以前者计算结果作为搜索初值，加快搜索过程、减小搜索初期波动，以逆变器直流母线电流最小作为搜索目标，充分发挥二者优势，实现系统效率优化。

混合式最优初级磁链搜索方法执行流程

2、基于无模型预测磁链控制的强鲁棒效率优化策略

本文提出了无模型预测磁链控制，设计了非线性扩展状态观测器（NL-ESO）观测集总扰动，有效避免了端部效应参数非线性变化、建模误差等对最优磁链调控的影响。同时，设计了级联优化型中点电压平衡方法和开关频率自适应调节方法，结合预测控制实现对逆变器中点电压、开关频率的灵活稳定调节。

基于NL-ESO的参考电压矢量计算流程

电压矢量平面划分和候选电压矢量选择

开关频率自适应调节方法

所提出方法整体控制框图

3、实验验证

相同工况下不同方法切换时的系统输入功率、初级磁链及相电流的动态变化波形如下图所示。电机参数准确时，相比PFC-CE（成熟恒定励磁控制）和PFC-EOS（现有文献效率优化控制），本文所提出的PFC-REOS可分别提升系统效率1.22%和0.64%。当电机参数发生偏差时，相比PFC-EOS，所提出的PFC-REOS可提升系统效率2.41%。同时，虽然两种情况下磁链搜索初值不同，但对最终搜索结果影响不大。

参数准确工况各方法切换过程

参数偏差工况各方法切换过程

电机效率对比 逆变器效率对比 系统效率对比

参数准确时不同工况下PFC-REOS与PFC-EOS效率对比

结论

针对三电平变频驱动的直线感应电机系统，本文提出了一种适用于低开关频率的强鲁棒效率优化控制方法，主要结论如下：

1）本方法以逆变器直流母线电流最小作为搜索目标，充分考虑了损耗建模时忽略的电机谐波损耗、逆变器损耗及其他影响因素，从而进一步提升了驱动系统效率。

2）本方法推导了含开关频率约束、中点电压平衡等多个目标的价值函数，提出了开关频率自适应调节的无模型预测磁链控制，为低开关频率下实施效率优化提供了可靠控制架构。

3）本方法通过将混合式最优初级磁链搜索方法与无模型预测磁链控制相结合，有效避免了参数变化、建模误差等在最优磁链选择和控制中造成的影响，显著增强了效率优化控制的参数鲁棒性。

团队介绍

唐一融，中国科学院电工研究所特别研究助理，研究方向为直线电机高效驱动控制策略。

徐伟，中国科学院电工研究所研究员，博士生导师，高密度电磁动力与系统全国重点实验室主任，IEEE Fellow。研究领域为直线电机系统。

葛健，华中科技大学博士后。研究方向为直线电机绕组理论与优化设计。

肖晗，华中科技大学博士研究生。研究方向为直线电机高性能控制策略。

廖凯举，中国科学院电工研究所特别研究助理。研究方向为直线电机高性能控制策略。

本工作成果发表在2025年第10期《电工技术学报》，论文标题为“三电平变频驱动的直线感应电机系统低开关频率强鲁棒效率优化控制策略“。本课题为国家自然科学基金、中国科学院A类专项人才计划、深圳市科技协同创新国际合作专项、深圳市自然科学基金面上项目和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目。