【摘 要】
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作为一种直线输出驱动装置,电磁直线执行器以其高精度、快响应以及结构紧凑等优点在工业领域被广泛应用。本文针对传统动圈式电磁直线执行器存在的力密度低以及行程末端缺乏无源自保持能力的不足,结合动圈式（MCELA）与动铁式电磁直线执行器（MIELA）的性能优势,提出了一种新型的复合式电磁直线执行器（CELA）,复合式结构具有高效节能、高力功比、快响应与高精度的优势。本文采用理论分析、数学建模、仿真计算和实
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作为一种直线输出驱动装置,电磁直线执行器以其高精度、快响应以及结构紧凑等优点在工业领域被广泛应用。本文针对传统动圈式电磁直线执行器存在的力密度低以及行程末端缺乏无源自保持能力的不足,结合动圈式（MCELA）与动铁式电磁直线执行器（MIELA）的性能优势,提出了一种新型的复合式电磁直线执行器（CELA）,复合式结构具有高效节能、高力功比、快响应与高精度的优势。本文采用理论分析、数学建模、仿真计算和实验相结合的方法,对新型复合式电磁直线执行器的结构设计、驱动力特性、动态特性以及多目标优化设计等展开了深入的研究。论文的主要工作和研究成果如下:1.首先提出了复合式电磁直线执行器的总体结构设计方案,针对新型复合式结构的系统组成以及工作原理进行了详细阐述并分析了其系统优势。基于等效磁路法分析了复合式执行器的电磁力输出特性,并通过磁路计算推导了电磁力的理论公式,完成了执行器的理论分析过程。2.进一步基于有限元法建立复合式执行器的三维电磁场仿真模型,分析了执行器的磁场分布规律,并对关键结构参数对执行器电磁力特性的影响规律进行了研究并确定最终的执行器尺寸参数。详细阐述并总结主驱动部件MCELA和辅助驱动部件MIELA以及复合式结构CELA的稳态力特性曲线,得到复合式结构拥有启动力574.92N以及无源自保持力228.95N。为后续复合式结构CELA的优化设计、动态特性分析的研究奠定了基础。3.试制了复合式电磁直线执行器CELA的样机,并设计了相关的实验系统,通过针对其主要部件MCELA与MIELA进行稳态力特性的实验验证,得到了复合式结构CELA的稳态力特性实验曲线,实验结果与仿真结果吻合度较好。同时针对复合式结构CELA的运动控制设计了多模式协调控制策略,根据负载大小分为单驱动模式与协同驱动模式,对两种驱动模式分别进行了实验,研究了其动态特性。4.构建了执行器多目标优化模型,基于先前的仿真结果确定了优化变量、约束条件和目标函数,通过多目标优化软件与三维磁场仿真软件联合,采用了第二代非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行了执行器的结构参数优化计算。在最优解集合帕累托前沿中通过选择最大电磁力与动子质量比作为最终优化结果,完成了执行器的优化并取得了理想的效果。
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