基于旋轉編碼器的永磁球形電動機三自由度位置檢測方法研究.pdf

1、永磁球形電動機是一種新型的多維電動機，具有結構簡單、重量輕、體積小、控制相對簡單等特點，在完成三維空間運動方面，相比傳統(tǒng)的電動機，可以有效的簡化結構的復雜性，提高系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。本論文在系統(tǒng)分析多自由度電動機的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢的基礎上，對一種新型的三自由度永磁球形電動機進行了分析和研究，建立并提出了適合于該電動機的動力學模型，分析了基于旋轉編碼器的滑軌結構的三自由度位置檢測裝置，在建立的完整的永磁球形電動機動力學模型的基礎上，采用PD控

2、制策略對基于位置檢測的反饋控制策略進行了仿真驗證。
　　本文主要具體工作包括以下幾個方面:
　　(1)分析了一種三自由度永磁球形電動機，對它的結構、轉矩和運動特性進行了分析。永磁球形電動機定子磁極由兩層共24個空芯線圈組成，轉子磁極由四層共40個永磁體組成。對單對定轉子磁極間相互作用的磁場力進行分析，進而擬合得到單對定轉子磁極間轉矩和角度之間的關系，結合永磁球形電動機的定轉子位置參數(shù)得出整個電動機合成轉矩的表達式。
　

3、　(2)求解了單剛體的運動學模型，對三維旋轉坐標的變換做了闡述，依次對三個軸旋轉得到轉子坐標系和定子坐標系的轉換關系，驗證了X-Y-Z歐拉角更適合于球形電動機轉子位置的描述。根據(jù)單剛體的運動學模型提出兩種基于旋轉編碼器的帶滑軌支架的檢測裝置，對Ⅰ和Ⅱ類滑軌結構都給出了正向與逆向的運動學分析，為采用滑軌支架結構進行三自由度實時位置檢測提供了理論基礎。
　　(3)分析了Ⅰ和Ⅱ類帶滑軌支架的球形電動機轉子位置和編碼器輸出的關系，對其進行

4、轉子位置檢測的仿真，分別從單自由度、兩自由度、三自由度三個方面舉例分析并仿真，對連續(xù)運動中滑軌支架的檢測裝置上旋轉編碼器輸出進行了分析，比較了兩種滑軌結構的異同點，還仿真得到永磁球形電動機轉動后旋轉矩陣T的變化以及轉動后永磁球形電動機轉子在定子坐標系中的空間位置。
　　(4)對永磁球形電動機磁場、轉矩和線圈中電流的關系進行了分析，求解出永磁球形電動機的動力學模型，用Matlab對永磁球形電動機動力學建模，建立了永磁球形電動機基于P