磁通反向直线旋转永磁作动器(Flux reversal linear and rotary permanent magnet actuator,FR-LRPMA)是一种将磁通反向原理与直线旋转永磁作动器结合的新型电磁执行机构,可实现旋转、直线或螺旋运动。在工业驱动领域诸如数控机床、医疗设备、机器人以及航天航空等方面有很强的应用需求。因此,开展该类作动器的设计、分析和驱动控制具有重要的理论意义和实际的工业应用价值。本文对直线旋转作动器的设计及驱动控制系统的研究现状进行了综合分析,总结了典型结构的特点及其性能特征。提出了 FR-LRPMA拓扑结构,对其工作原理以及主要电磁参数计算进行了研究,建立了理想线性模型以计算其电感、磁链特性等参数,并用三维有限元对其进行了验证。采用三维解析法计算FR-LRPMA的空载气隙磁场。假设定子和动子为无槽结构,将管状结构等效成平面模型,在笛卡尔坐标系下计算平面模型的三维解析磁场,进而计算曲率系数,减小平面解析磁场与圆柱型解析磁场之间的误差,通过计算气隙相对比磁导,分析由于定子永磁极和铁极磁导不同对气隙磁场的影响,以及定子槽和动子槽对气隙磁场的影响,推导了空载情况下的气隙磁场解析公式。基于Maxwell应力张量法和虚功法,推导了作动器的齿槽转矩、直线定位力、转矩和直线推力的解析公式,并以齿槽转矩、直线定位力和转矩脉动的幅值最小化,转矩最大化为目标,对结构进行了优化。通过对永磁体发生不可逆退磁的机理、退磁模型的研究,分析了影响FR-LRPMA永磁体退磁的主要因素,为了降低永磁体发生不可逆退磁的风险,提出了可以将永磁体厚度、温度、动子旋转位置和电流等因素考虑在内的拟合公式,来确定永磁体的最小工作点,综合分析得到永磁体厚度的最优值和额定条件下允许的最大电流值。分析了磁通反向型电机与传统永磁同步电机控制模型的区别,推导了 FR-LRPMA的九相定子坐标系下及双dq动子坐标系下的数学模型,在Matlab/Simulink中建立了基于空间矢量脉宽调制算法(Space vector pulse width modulation,SVPWM)控制系统的仿真模型,并进行了仿真分析,实现了直线、旋转或螺旋运动。根据设计分析和控制仿真结果,制作了 FR-LRPMA原理样机。搭建了以DSP芯片为核心的实验系统。采用双句变换及SVPWM对样机的主要性能参数进行控制测试,实现了FR-LRPMA的解耦控制,验证了样机设计、解析计算方法、控制策略的正确性,为FR-LRPMA的工程应用奠定良好的理论基础。