传统的铁芯式永磁同步直线电机由于其结构特点存在齿槽效应及定位力大等缺点,而无铁芯永磁同步直线电机动子由绕组构成,并通过环氧树脂进行固定,没有铁芯结构,因此不存在齿槽效应并且动子质量小,有利于提高永磁同步直线电机的动态性能,实现直线电机的高精度控制。本文以双边无铁芯永磁同步直线电机为研究对象,分析了电机的气隙磁场及推力特性,并对模型预测磁链控制算法在永磁同步直线电机上的应用进行了研究。本文的主要研究内容为以下几个方面:1)首先对直线电机的国内外研究现状进行了分析,对直线电机的工作原理以及基本结构进行了介绍。2)介绍了双边无铁芯永磁同步直线电机的结构,利用解析法对电机气隙磁场分布进行计算,推导出电机气隙磁场计算的表达式,分析了电机气隙磁场的变化规律,在此基础上推导出永磁同步直线电机的推力表达式。在有限元软件中建立了电机二维分析模型,计算了电机的气隙磁场以及推力,将解析法与有限元法的计算结果进行了对比分析,并进行了电机的推力实验,证明了解析法计算结果的准确性。3)介绍了电机控制中坐标变化的原理,并得到永磁同步直线电机在三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型。介绍了适用于永磁同步直线电机的直接推力控制策略以及实现方法。4)介绍了模型预测控制算法的基本原理和在电机控制应用中的分类,并对模型预测推力控制算法进行了研究,对其控制原理与实现过程进行了分析,将模型预测推力控制应用到永磁同步直线电机的控制中。为了改善模型预测推力控制下直线电机的推力波动问题,将基于占空比的模型预测推力控制应用到直线电机的控制中,通过对其控制原理进行分析得到最优电压矢量占空比的计算公式,通过仿真分析,证明了基于占空比的模型预测推力控制性能优于传统的模型预测推力控制。5)为了解决模型预测推力控制中目标函数权重系数设计难的问题,并且为了进一步减小推力波动,将模型预测磁链控制应用到永磁同步直线电机的控制中。在此基础上提出基于双矢量控制的模型预测磁链控制,应用到永磁同步直线电机的控制中,提出了电压矢量组中第二电压矢量的选择方法,通过对该控制算法的仿真分析证明了理论分析结果的正确性。将基于双矢量控制的模型预测磁链控制仿真结果与基于占空比控制的模型预测推力控制进行对比分析,证明了前者的控制效果更好,最后在永磁同步直线电机实验平台上分别对两种控制算法进行实验验证,通过对实验结果进行分析证明了理论分析及仿真结果的正确性。