汽车电子控制技术逐步成为新一代汽车发展方向的主导因素。其中执行器根据电子控制单元发出的控制命令实现相应的控制操作,直接决定了控制系统性能的优劣。同时直线执行器在质量、体积、响应、功率密度等方面具有明显的优势,已经成为了直线驱动技术的研究热点。由于在汽车、航空航天等领域对执行器的能耗、响应等性能的追求不断提高。对高性能、低能耗直线执行器的研究不仅符合市场的需求,也契合了国家节能环保发展战略,且充满了挑战,具有重要的意义。本文以双作用电磁直线执行器为研究对象,通过理论分析、数学建模、仿真计算和试验研究相结合的方法,对高性能、低能耗的电磁直线执行器结构,高效的执行器多目标优化设计方法,有效的多物理场耦合动态特性分析方法,无位置传感器落座控制方法以及执行器在SCR（Selective Catalyst Reduction）计量泵中的应用进行了深入研究。论文的主要工作和研究成果包括以下几个方面:（1）提出了一种具有创新型结构的单线圈动铁式双作用电磁直线执行器。建立了执行器控制方案与电磁场计算模型,分析了关键结构参数对执行器电磁力特性的影响规律。执行器的端部保持力能有效降低稳态时的能耗,通过结构参数的设计可以改善执行器力特性。为后续双作用电磁直线执行器的优化设计、动态特性分析以及电子控制技术的研究奠定基础。（2）实现了高效的双作用电磁直线执行器结构参数的多目标优化。改进了遗传-粒子群混合优化算法,并对改进算法的性能进行了评估;针对体积限制下的SCR计量泵用双作用电磁直线执行器进行了多目标优化;通过试验验证了优化设计方法的有效性以及执行器样件的性能。改进的分层遗传-粒子群算法有效克服了全局搜索能力与收敛速度的矛盾。通过优化设计,样件在±1.5mm行程的工作区域内的力-位移特性曲线具有较好的线性,动态响应时间为5.8ms;样件的启动力为185N,保持力为336N,启动力与保持力分别提升了 36%与87%。（3）建立并验证了双作用电磁直线执行器电磁-机械-温度耦合模型;基于耦合模型定量分析了执行器能耗组成与分布,其次分析了执行器温度场分布及变化规律;进而对温升限制下执行器电流控制模式的控制参数以及电流控制器进行了设计。执行器输入能量、铁损以及观测点温升的仿真与测试值的误差皆在5%以内,证明了耦合模型具有较高的精度。衔铁铁损、外壳铁损及线圈铜损为能耗的主要组成部分,同时也是主要热源。另外,永磁体的极限工作温度是执行器工作温度极限的决定因素。（4）研究了双作用电磁直线执行器无位置传感器的衔铁位置估计技术,进而提出了一种针对具有端部保持力的执行器的无位置传感器落座控制方法。然后建立了控制系统仿真模型对控制方案进行仿真分析。最后通过试验证明了提出的落座控制方法的有效性。试验结果表明:衔铁静止或者运动速度低的条件下衔铁位置估计精度较高,对触发点衔铁位置的估计精度在0.05mm以内。与无落座控制相比,在执行器响应时间增加6.8%的条件下,落座速度降低52.1%,衔铁落座的一次弹跳减小85.7%,二次弹跳得到了消除,工作噪声下降4dB。（5）设计了基于双作用电磁直线执行器以及三曲梁式簧片阀的SCR计量泵;分析了单向阀的通流能力、簧片刚度以及单向截止性能;搭建了计量泵流量特性测试平台并进行了相关测试。样件可实现0-3900mL/min尿素溶液的定量喷射,计量重复精度在5%以内。样件可调节的计量流量范围与现有直驱式计量泵相比具有显著的优势,满足SCR系统对计量泵的要求。