直线电机作为工业中最基本的装备之一,被广泛应用于超精密驱动、军事、轨道交通、医疗及半导体等领域,其性能决定着最终产品的性能和成本。然而,直驱工作台在运行中极易受到诸如振动、摩擦和噪声等不利因素干扰,导致其轨迹跟踪精度受到一定程度的影响,进而增加系统的能耗。因此,在保证直驱工作台轨迹跟踪精度不受影响的前提下,如何通过控制算法调节各个运动轴的驱动力,进而降低系统能耗并提高能源的利用率,成为直线电机领域研究的热点和重点问题。针对此问题,本文提出一种基于能量守恒定律的滑模控制节能算法,为直线电机领域解决能耗问题提供了一种新方法和新思路。本文的主要工作包括:深入剖析了直线电机的基本构成和基本工作原理,阐明了边端效应和气隙对直线电机性能和工作台轨迹跟踪精度的影响规律,给出降低边端效应影响的解决方案。详细分析了本文所用工作台的机械结构和传动特点,并深入了解了工作台内置直线电机的性能特性。基于上述分析,采用进给驱动系统经典建模方法,将库仑摩擦和粘性摩擦考虑在内,建立起直驱系统的动力学模型。从能量守恒角度入手,推导出直驱系统的总能耗表达式,并运用庞特里亚金最小值原理,建立起相应的哈密顿方程,进而推导出能耗最低状态下的滑动表面解析表达式,在选取合适的控制增益后,开发出一种基于能量守恒定律的滑模控制节能算法。引入李亚普诺夫候选函数,验证了所提滑模控制节能算法的稳定性。通过数值算例对所提滑模控制节能算法进行了仿真分析。依据前述相关理论,编写出基于能量守恒定律的滑模控制节能算法程序,利用dSPACE半实物实时仿真系统在直驱工作台上完成节能算法验证任务,并与传统滑模控制算法和Farrage等人所提自适应滑模控制算法作对比,分析不同算法下各个轴的电流大小和轨迹跟踪性能,验证了本文所提滑模控制节能算法在保证直驱工作台轨迹跟踪精度不受影响的前提下,能够实现系统能耗的降低并提升能源利用率。相关研究结果在工程应用中具有一定的参考价值。