动感雕塑是一个新的研究领域,驱动问题研究是其中的一个关键问题.直线电机由于其多变的结构形式和驱动特点,成为动感雕塑驱动的首选驱动部件.本文结合动感雕塑驱动的特征,提出了一种新型圆筒直线电机结构,制作了样机模型,并进行性能测试,围绕该类型直线电机的高效建模与优化设计计算方法进行了较深入的探索.主要研究内容有以下几个方面:一.提出了新型圆筒直线电机的概念模型.结合动感雕塑驱动问题的实际要求,在"短初级长次级"圆筒直线电机的基础上,提出了"长初级短次级"新型圆筒直线电机的概念模型.该电机模型既具有一般圆筒直线电机的优点,同时由于运动部件不用拖着电缆,初级长度可以根据需要增加,使得其具有较大的运动行程.二.测试样机性能并进行了理论推导.根据新型电机的概念模型制作样机,电机正常运行后,测量了电机启动推力和电流变化,试验研究了电压波动对电机输出性能的影响.基于解析方法,建立了新型圆筒直线电机的电磁方程,推导出了解析解,分析了解析模型的优点与局限性.三.研究了新型圆筒直线电机数学建模方法.采用谐波分析法,建立了新型圆筒直线电机的FEM模型,仿真试验启动过程电机推力和电流的变化以及电压波动对电机输出性能的影响,比较仿真结果和测试结果,证明了有限元模型的正确性.研究了电机主要结构参数变化对其输出性能的影响规律,为该类型电机性能分析提供了理论指导和计算方法.四.引入最新优化算法对新型圆筒直线电机参数进行优化.结合直线电机电磁场优化问题的高度非线性,多参数、多极值和不可微分等特征,引入遗传算法,在正交优化结果基础上,确定适当的搜索空间,以"输出推力尽可能大,同时启动电流尽可能小"为目标,对所研究的圆筒直线电机进行了参数优化.优化结果为一个解集,从中人工选择一组最适合的结构参数作为遗传优化的结果.通过有限元仿真验证,证明了遗传优化结果是可信的,也表明了遗传优化结果优于正交优化,用于直线电机参数优化是可行的.综上,本文提出了一种新的圆筒直线电机概念模型,并进行了样机制作和测试;采用有限元数值仿真技术,建立了基本数据计算模型;引入了支持向量机非参数回归建模方法,建立了用于优化计算的非参数模型,大大提高了直线电机模型计算速度;采用遗传算法进行电机结构参数优化,并将混沌优化方法引入到该型直线电机参数优化中来,为直线电机参数优化做了新的尝试,探索了一套用于该类型直线电机建模及参数优化的新思路和新方法.