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现代装备制造业的快速发展,对高精密机床的需求越来越大。传统的机床进给系统一般采用旋转电机与滚珠丝杠相结合,或者是旋转电机与齿轮齿条相结合的方式,将旋转运动产生的机械能通过中间的机械装置转换成直线运动机械能作用于工作部件,但是在传递过程中存在着形变、磨损、噪声等一系列难以回避的问题。永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)能够省去中间的传递环节,避免中间环节出现的的一系列问题,直接产生直线运动机械能,且具有动态响应迅速、高定位精度、结构简单等优点,可以满足高精密机床进给系统的要求,有效提高机床的加工精度。PMLSM由于其自身的结构特点,存在着端部效应、电枢反应、气隙磁场非正弦分布等问题,造成电机在运行过程中存在着振动与噪声。且不同的结构参数对PMSLM输出性能的影响是不同的,单一的改变某个结构参数对电机进行优化,会影响电机众多输出性能。因此,本文对应用于激光切割机的小型双次级PMLSM展开研究,在对PMLSM的本体结构进行设计后,提出一种响应面法(response surface methodology,RSM)与萤火虫算法(firefly algorithm,FA)相结合的方法来解决其多参数多目标的优化问题。具体研究内容如下:1、根据双次级直线电机的结构特点,建立其等效磁路模型,解析了该PMLSM的输出性能,定性分析出永磁体参数、极距、线圈参数等影响电机性能的关键结构参数,为后续的多目标优化设计提供了理论依据,同时介绍了抑制电机推力波动的方法,提出采用不等极弧系数组合来优化设计电机结构。2、介绍有限元分析法(Finite Element Analysis,FEA)原理与参数化扫描技术,建立了双次级PMLSM的有限元模型,分析了限元建模应用于多目标优化设计的优缺点,最后利用参数化扫描验证了电机采用不等极弧系数组合后,电机的输出性能够得到有效提升。3、在解析分析与有限元分析的基础上,提出通过RSM-FA方法来对采用不等极弧系数组合的双次级直线线电机进行多目标优化设计。首先确定待优化参数的范围,并利用中心复合式验设计方法确定样本点;然后对各样本点的电机性能进行有限元计算,从而建立了高精度的电机平均推力与推力波动响应面模型;根据优化目标,建立PMLSM的多目标优化函数;并通过FA算法来进行寻优,获取一组最佳的参数组合。4、根据RSM-FA方法获得的一组双次级直线电机结构参数,加工零部件、组装电机,并通过测试平台中的电动势测试模块与推力测试模块来对PMSLM样机的输出性能进行测试。有限元仿真实验结果与样机测试结果,都说明本文提出的不等极弧系数组合机构能够抑制电机的推力波动,提出的RSM-FA方法可以有效解决PMLSM的多目标优化问题,对电机的优化设计具有重要的意义。