大行程磁浮运动台是一种新兴的多自由度运动平台,是支撑集成电路制造装备、纳米精度加工机床等高端制造装备发展的核心部件。它通过永磁阵列、线圈阵列间的洛仑兹力直接实现垂向支承及水平向大行程运动,相对由多级一维运动叠加实现高维运动的传统方式,能够获得更高的动态响应性能和运动精度。随着加工精度与生产效率需求的持续提升,运动台对推力及其波动特性的要求更加苛刻。本文围绕永磁阵列磁场建模及谐波特性分析、线圈电磁力/力矩建模及推力波动分析、永磁阵列新构型及电磁结构综合设计展开系统研究,为高性能大行程磁浮运动台的研制提供理论依据和技术支持。本文首先分析了永磁阵列解析建模方法的特点,采用等效磁荷法计算了永磁阵列的边缘磁场,利用傅里叶级数分析法建立了永磁阵列磁场的谐波模型,分析了永磁阵列结构参数对磁场基波幅值以及高阶谐波占比的影响,为永磁阵列的优化设计提供思路。基于磁场谐波模型和洛伦兹力体积分法,利用线圈矩形简化模型推导了线圈电磁力和力矩表达式,分析了线圈尺寸及安装角度对水平推力解耦的影响,讨论了极坐标系下的线圈圆角精确解析建模;建立了磁场高阶谐波导致的推力波动模型,得出了可有效抑制推力波动的线圈长度与磁极距比例关系。针对动圈式磁浮运动台永磁阵列的高磁通量密度-低谐波要求,提出了一种具有不同磁化强度和磁体高度的永磁阵列新构型,推导了其磁场谐波模型,进行了永磁阵列参数优化,并介绍了其易于制造的特点,通过理论和实验结果表明该构型可有效提高磁通量密度及线圈推力,且高阶谐波抑制效果优于现有构型。针对动铁式磁浮运动台对永磁阵列的轻量化需求,提出了一种具有磁体安装间隙和安装高度差的永磁阵列新构型,建立了磁场模型并进行了分析、优化,并对轻量化的动子板进行了模态分析,理论分析与实验结果表明其永磁阵列质量、磁通密度垂向分量、高阶谐波抑制效果相对现有构型均有改善。最后,介绍了磁浮运动台解耦控制的DQ分解法和直接解耦法,分析比较了两者的优势和不足。根据DQ分解法三相绕组的结构特点,以及抑制高阶谐波所导致推力波动的结构要求,给出了磁浮运动台电磁结构的设计准则。基于电流向量2-范数最小得到了直接解耦法的电流分配模型,总结了适合直接解耦法的磁浮运动台电磁结构设计准则。根据得出的设计准则,归纳了电磁结构的设计流程,提供了线圈部分参数优化的方法,并开发了基于Matlab的设计工具。