基于軌跡規(guī)劃的永磁球形電機(jī)通電控制方法研究.pdf

1、球形電機(jī)作為一種新穎的多自由度運(yùn)動(dòng)裝置，具有體積小、重量輕、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、人體假肢、衛(wèi)星姿態(tài)控制等新興領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用前景，一直以來備受關(guān)注。但是，由于永磁球形電機(jī)特殊的三維結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)動(dòng)機(jī)理十分復(fù)雜。因此，本文針對(duì)一種三自由度永磁球形電機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡及其通電方法展開研究。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　1、介紹了永磁球形電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上分別建立了基于拉格朗日方程的數(shù)學(xué)模型和基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的物理模

2、型。利用ANSYS軟件分析了單個(gè)定子線圈與永磁體之間的轉(zhuǎn)角特性，通過疊加原理完成了電機(jī)的電磁學(xué)建模。
　　2、通過坐標(biāo)變換、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解以及插值計(jì)算，分別提出了基于正弦加速度函數(shù)的點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃方法和基于三次樣條插值的連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃方法。同時(shí)，利用ADAMS軟件進(jìn)行了轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)軌跡的動(dòng)力學(xué)仿真。仿真結(jié)果證實(shí)了軌跡規(guī)劃方法的有效性。
　　3、為了提高不同組合線圈通電時(shí)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，分別對(duì)其自旋轉(zhuǎn)矩和傾斜轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了分析。在

3、此基礎(chǔ)上，分別提出了點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和連續(xù)運(yùn)動(dòng)的通電控制方法，建立了電流-轉(zhuǎn)矩方程，分析了運(yùn)動(dòng)奇點(diǎn)，完成了通電線圈電流的計(jì)算和仿真。仿真結(jié)果證實(shí)了通電控制方法的可行性。
　　4、搭建了永磁球形電機(jī)的實(shí)驗(yàn)控制平臺(tái)，完成了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)步進(jìn)自旋運(yùn)動(dòng)、字母AHU傾斜運(yùn)動(dòng)以及球面螺旋運(yùn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)軌跡的通電控制實(shí)驗(yàn)。其中，基于STM32F407設(shè)計(jì)了硬件控制系統(tǒng)，采用MDK開發(fā)環(huán)境完成了軟件設(shè)計(jì)，并利用LabVIEW軟件建立了人機(jī)交互界面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證