得益于无需借助机械传动结构即可实现直线运动的优势，直线感应电机在交通、工业、军事等诸多领域得到广泛应用，如城轨交通、直线伺服、电磁弹射、抽油机等。然而受限于磁路开断、半填充槽、大气隙等因素（如图1所示），直线感应电机运行效率比传统旋转感应电机低不少，严重限制了其在大功率场合的发展应用。
同时，在许多场合（如城轨交通、传送带）下，直线感应电机长期运行于轻载状态，采用恒定励磁时其运行效率十分低下。因此，采用合理的效率优化控制来提升直线感应电机的运行效率，意义十分重大。
基于电机参数或测量反馈等信息，效率优化控制技术通过合理调节磁链、电压、电流、转差等变量，可以实现运行效率的提升。根据技术原理的区别，效率优化控制技术基本可分为两类：模型法和搜索法。模型法基于电机参数建立损耗模型，并求解使得损耗最小时的最优解来实现效率优化；搜索法利用迭代算法不断调整控制量（如磁链），并实时监测输入功率，直至输入功率达到最小。
根据应用工况的不同，效率优化控制技术又可大致分为稳态法和暂态法两类，前者对应电机稳态运行工况，即恒定速度、恒定负载；后者则对应速度或负载变化的情况。
受磁路开断、初次级宽度不等的影响，直线感应电机运行过程中存在横向边缘与纵向边端效应（简称“边端效应”），致使参数耦合严重、变化剧烈。相比旋转感应电机，直线感应电机损耗模型更为复杂，计算求解最优控制量的难度更大。
与此同时，半填充槽、大气隙的机械特征使得直线感应电机漏感比重相比旋转感应电机显著增大，因而需要特别考虑。此外，作用于初级、次级之间的法向力将影响电机视在质量，进而影响电机运行工况和控制效果。
总之，这些因素或导致电机损耗模型复杂度显著增大，或对搜索算法的收敛速度提出了严峻要求，进而极大地增加了直线感应电机效率优化控制技术的难度及挑战。
虽然直线感应电机和旋转感应电机的效率优化基本思路和推导过程相似，但因直线感应电机具有的大气隙、端部效应等独有的结构特点，如何准确并简练地在数学模型和损耗模型中体现出这些特点，是直线感应电机效率优化研究过程必须关注的关键问题。
此外，在实际轨道交通中，逆变器调制频率较低，输出谐波电压成分较多，加之直线电机两端开断磁路导致的磁场畸变，从而致使电机次级磁场谐波含量较大，对电机驱动特性造成一定的负面影响。因此，在对直线感应电机进行效率优化时，如何与电机参数辨识有机结合、如何对谐波损耗进行合理分析等，也是直线感应电机效率优化亟需关注的关键问题。
强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学）、中国中车株洲研究院有限公司的科研人员徐伟、肖新宇等，在2021年第5期《电工技术学报》上撰文，对国内外直线感应电机效率优化控制技术的研究现状进行了详细归纳，分析并总结了模型法与搜索法的技术原理、各自优缺点及面临的关键问题，展望了未来的发展趋势，可为直线感应电机效率优化技术的进一步研究与应用提供有益参考。
研究人员对模型法、搜索法这两类方法进行简要对比如下。
（1）搜索法不受电机种类与参数影响，但有迭代收敛要求，且收敛时间一般较长（数秒以上），在线计算量大，对硬件要求高。
（2）由于电机损耗曲线在最小值附近较为平坦，因而搜索法在最优值附近易出现反复寻优，从而引发电流、转矩波动。
（3）搜索法受电机功率等级影响较为明显。这是由于大功率电机通常惯性大，每一次迭代调整控制量后恢复至稳态的时间更长，从而致使整个搜索过程时间变长。
（4）模型法无收敛要求，计算快（数毫秒至数十毫秒），对硬件要求低，但受电机类型和参数影响较明显，从而影响优化效果。
（5）得益于计算快的优势，动态工况下更适合采用模型法。同时需要指出的是，多数动态工况下，优先关注的是响应速度而非损耗。
两类方法的具体对比结果见表1。
研究人员总结了直线感应电机效率优化控制的关键问题。
（1）直线感应电机受边端效应影响，励磁电感、次级电阻参数变化剧烈且复杂。因此，对于直线感应电机模型法效率优化控制技术而言，准确描述参数变化是提升优化效果的关键点。
一方面，参数变化导致计算最优控制量偏离实际最优量；另一方面，为准确反映参数的变化，损耗模型复杂度将增加，致使求解困难。因此，如何在不影响效率优化效果的前提下，对电机数学模型和损耗模型做出适当简化，是未来发展的一个重要方向。
（2）直线感应电机模型法效率优化控制技术面临通用性问题。
不同电机制造材料、工艺存在差异，运行工况千差万别，致使电机损耗模型不尽相同。例如，城轨交通直线感应电机的气隙磁通密度通常较低、运行速度也较低（通常不高于80km/h），因而铁损占比较小；但由于其气隙特别大（通常不低于10mm），导致初级漏感占比大，从而对损耗模型产生影响。
而对结合变频器损耗的直线感应电机驱动系统模型法效率优化控制技术而言，这一问题尤为严重——变频器拓扑与调制方式都将直接影响损耗模型的精度。如何提升模型法的通用性问题，如何与参数辨识方法有机结合，也是未来发展的重要方向。
（3）谐波同样影响模型法效率优化控制效果。
前述损耗模型都基于基波模型而建立，而在谐波影响下，所得到的计算最优控制量并非实际最优量。由于磁路开断、初级半填充槽、边端效应等特征，直线感应电机在实际运行中面临三相不平衡等问题，其谐波对驱动性能的影响相对旋转感应电机更为突出。因此，合理考虑谐波影响的效率优化方法也亟需进行研究。
（4）受制于收敛速度，搜索法应用较少。
提升搜索算法收敛速度，并降低搜索过程中电流、转矩（推力）波动，是搜索法一直面临的难题。值得庆幸的是，近年来微处理器的快速发展，将不断提高效率优化控制技术的实用性，并进一步拓展其应用范围。因此，搜索法有望在未来得到一定的应用。
本文编自2021年第5期《电工技术学报》，论文标题为“直线感应电机效率优化控制技术综述”，作者为徐伟、肖新宇 等。