平面开关磁阻电机遵循磁阻最小原理工作,是一种新型的平面电机,具有结构简单、制造容易、成本低廉、可靠性高、行程大和环境适应性强等突出特点,在大行程高精度平面驱动装置的微电子制造、超精密加工等先进制造装备领域显示出极大的发展潜力。针对原有平面开关磁阻电机运动精度较低的不足,围绕平面开关磁阻电机运动精度生成机理的关键科学问题,论文深入研究平面开关磁阻电机的高精度运动机理及其控制方法,为大行程高精度平面开关磁阻电机的工业应用提供系统的理论支撑和设计参考。综合考虑降低平面开关磁阻电机的力脉动和形变并提高电机运动精度的要求,优化设计了平面开关磁阻电机结构。根据期望的最大推力和最大速度,理论推导了动定子的主要几何尺寸、电磁参数与动力学参数之间的数学关系。为降低电机力脉动,选取了更小的极距和更多的动子齿对数等参数,进而确定了动定子的主要几何尺寸和电磁参数。为减小运动平台形变,利用ANSYS Workbench有限元软件优化设计了运动平台的机械结构。基于优化设计的电机结构研制了一台平面开关磁阻电机,构建了实验平台,测量并分析了电机的机械与电磁特性。研究结果表明,研制的平面开关磁阻电机其推力、速度、形变和强度满足设计要求,有效降低电机力脉动从而提高电机运动精度。采用稀疏最小二乘支持向量机回归算法,建立了平面开关磁阻电机的非线性力电流转换模型,利用等效磁路法、磁通管道法和虚功法,理论推导了电机的非线性推力和法向力模型,通过LuGre动态摩擦模型,构建了电机的非线性摩擦力模型,分别对这四个非线性模型进行了仿真和实验。仿真和实验结果表明：非线性力电流转换模型可精确地预测大于1A的电流；非线性推力和法向力模型的理论计算值与有限元仿真计算值、实验测量值之间的平均相对误差均小于10%；非线性摩擦力模型计算的摩擦力与仿真系统的摩擦力之间的平均相对误差约为10%；所建立的非线性模型具有精确性,为实现平面开关磁阻电机的高精度运动奠定了理论基础。采用局部灵敏度分析理论,推导了平面开关磁阻电机参数对推力和法向力的归一化灵敏度,基于推导的归一化灵敏度揭示了电机参数对电机运动精度的影响规律,并给出了提高电机运动精度的措施。研究结果表明：动定子叠片厚度、齿距、气隙、绕组线圈匝数、电流和位置对推力和法向力的归一化灵敏度主要属于超高灵敏度等级；动定子叠片厚度、电流、气隙、齿距、位置、动子绕组线圈匝数对电机运动精度的影响程度依次增大,其对电机运动精度影响所作贡献的百分比分别为10.12%、15.05%、17.26%、18.07%、19.27%、20.23%；获得了平面开关磁阻电机的运动精度生成机理与规律,为实现其高精度运动控制提供了理论支撑。探讨了平面开关磁阻电机的能效提升问题,提出了一种基于最大力电流比策略的平面开关磁阻电机能效提升方法。为描述最大力电流比策略,构建了一个具有时变参数的约束优化问题,通过惩罚函数法将该约束优化问题转化为一个非约束优化问题,采用设计的自适应遗传算法求解该非约束优化问题。对提出的最大力电流比策略进行了仿真和实验。仿真和实验结果表明：与传统电流分配方法相比,基于最大力电流比策略的电流分配方法使电机铜耗降低10%以上,有效提高了电机能效,同时实现了电机平稳快速准确的轨迹跟踪。理论推导了平面开关磁阻电机的比例位置控制、比例积分位置控制、比例微分位置控制、比例积分微分位置控制的稳态位置误差,选用比例微分位置控制器对其进行了运动控制实验,设计了基于输入输出的模型参考自适应位置控制器,分析了模型参考自适应位置控制的稳定性,对电机系统进行了模型参考自适应位置控制实验,构建了基于前馈摩擦补偿器的电机位置控制系统并对其进行了比例微分控制实验。实验结果表明：比例微分位置控制系统平稳快速准确地实现了±0.3μm稳态位置误差的1μm行程定位、±2.3gm稳态位置误差的290mm行程定位、±56.9μm动态位置误差的57～100mm行程轨迹跟踪；模型参考自适应位置控制系统平稳快速准确地完成了15mm行程的亚微米级定位,稳态位置误差为±0.2μm；与未施加前馈摩擦补偿器相比,基于前馈摩擦补偿器的电机比例微分位置控制系统轨迹跟踪的动态位置误差减小了33%以上,实现了+0.2μm稳态位置误差的1μm行程定位、±1.5μm稳态位置误差的290mm行程定位、0.5gm的x轴和y轴定位分辨率；平面开关磁阻电机实现了微纳米级精度运动。综上,论文优化设计了平面开关磁阻电机结构,分析了平面开关磁阻电机的机械与电磁特性,建立了平面开关磁阻电机的非线性模型,揭示了平面开关磁阻电机的运动精度生成机理,提出了一种基于最大力电流比策略的平面开关磁阻电机能效提升方法,设计了三种平面开关磁阻电机的高精度位置控制器,研制了样机并完成了所提出的理论的实验验证,实现了平面开关磁阻电机的微纳米级精度运动控制。取得的平面开关磁阻电机的高精度运动机理及其控制方法为高精度平面开关磁阻电机的应用提供了系统的理论支撑和设计参考。