基于軌跡規(guī)劃的永磁球形電機通電控制方法研究.pdf

1、球形電機作為一種新穎的多自由度運動裝置，具有體積小、重量輕、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，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，由于永磁球形電機特殊的三維結(jié)構(gòu)，在實際應(yīng)用中運動機理十分復(fù)雜。因此，本文針對一種三自由度永磁球形電機的運動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技術(shù)的物理模

2、型。利用ANSYS軟件分析了單個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的電磁學(xué)建模。
　　2、通過坐標(biāo)變換、逆運動學(xué)求解以及插值計算，分別提出了基于正弦加速度函數(shù)的點到點運動軌跡規(guī)劃方法和基于三次樣條插值的連續(xù)運動軌跡規(guī)劃方法。同時，利用ADAMS軟件進行了轉(zhuǎn)子運動軌跡的動力學(xué)仿真。仿真結(jié)果證實了軌跡規(guī)劃方法的有效性。
　　3、為了提高不同組合線圈通電時產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，分別對其自旋轉(zhuǎn)矩和傾斜轉(zhuǎn)矩進行了分析。在

3、此基礎(chǔ)上，分別提出了點到點運動和連續(xù)運動的通電控制方法，建立了電流-轉(zhuǎn)矩方程，分析了運動奇點，完成了通電線圈電流的計算和仿真。仿真結(jié)果證實了通電控制方法的可行性。
　　4、搭建了永磁球形電機的實驗控制平臺，完成了點對點步進自旋運動、字母AHU傾斜運動以及球面螺旋運動等運動軌跡的通電控制實驗。其中，基于STM32F407設(shè)計了硬件控制系統(tǒng)，采用MDK開發(fā)環(huán)境完成了軟件設(shè)計，并利用LabVIEW軟件建立了人機交互界面。實驗結(jié)果進一步證