基于旋轉(zhuǎn)編碼器的永磁球形電動(dòng)機(jī)三自由度位置檢測(cè)方法研究.pdf

1、永磁球形電動(dòng)機(jī)是一種新型的多維電動(dòng)機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、控制相對(duì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在完成三維空間運(yùn)動(dòng)方面，相比傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)，可以有效的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能。本論文在系統(tǒng)分析多自由度電動(dòng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，對(duì)一種新型的三自由度永磁球形電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了分析和研究，建立并提出了適合于該電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，分析了基于旋轉(zhuǎn)編碼器的滑軌結(jié)構(gòu)的三自由度位置檢測(cè)裝置，在建立的完整的永磁球形電動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，采用PD控

2、制策略對(duì)基于位置檢測(cè)的反饋控制策略進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　本文主要具體工作包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)分析了一種三自由度永磁球形電動(dòng)機(jī)，對(duì)它的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了分析。永磁球形電動(dòng)機(jī)定子磁極由兩層共24個(gè)空芯線圈組成，轉(zhuǎn)子磁極由四層共40個(gè)永磁體組成。對(duì)單對(duì)定轉(zhuǎn)子磁極間相互作用的磁場(chǎng)力進(jìn)行分析，進(jìn)而擬合得到單對(duì)定轉(zhuǎn)子磁極間轉(zhuǎn)矩和角度之間的關(guān)系，結(jié)合永磁球形電動(dòng)機(jī)的定轉(zhuǎn)子位置參數(shù)得出整個(gè)電動(dòng)機(jī)合成轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式。
　

3、　(2)求解了單剛體的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，對(duì)三維旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變換做了闡述，依次對(duì)三個(gè)軸旋轉(zhuǎn)得到轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系和定子坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，驗(yàn)證了X-Y-Z歐拉角更適合于球形電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置的描述。根據(jù)單剛體的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型提出兩種基于旋轉(zhuǎn)編碼器的帶滑軌支架的檢測(cè)裝置，對(duì)Ⅰ和Ⅱ類滑軌結(jié)構(gòu)都給出了正向與逆向的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，為采用滑軌支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行三自由度實(shí)時(shí)位置檢測(cè)提供了理論基礎(chǔ)。
　　(3)分析了Ⅰ和Ⅱ類帶滑軌支架的球形電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置和編碼器輸出的關(guān)系，對(duì)其進(jìn)行

4、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的仿真，分別從單自由度、兩自由度、三自由度三個(gè)方面舉例分析并仿真，對(duì)連續(xù)運(yùn)動(dòng)中滑軌支架的檢測(cè)裝置上旋轉(zhuǎn)編碼器輸出進(jìn)行了分析，比較了兩種滑軌結(jié)構(gòu)的異同點(diǎn)，還仿真得到永磁球形電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后旋轉(zhuǎn)矩陣T的變化以及轉(zhuǎn)動(dòng)后永磁球形電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在定子坐標(biāo)系中的空間位置。
　　(4)對(duì)永磁球形電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)矩和線圈中電流的關(guān)系進(jìn)行了分析，求解出永磁球形電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，用Matlab對(duì)永磁球形電動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)建模，建立了永磁球形電動(dòng)機(jī)基于P