摘要：针对受外部干扰和模型不确定性影响的永磁球形电机运动系统,提出一种基于有限时间干扰观测器的全阶滑模控制方法。首先,在复合干扰下建立永磁球形电机的动力学模型,其不确定性包括建模误差和外界干扰。其次,设计有限时间干扰观测器以快速、准确地估计出系统的复合干扰。然后,为永磁球形电机设计了全阶滑模面,理想滑模运动时反映其全阶动态特性,而不是传统滑模控制系统中的降阶动态特性。最后,通过李雅普诺夫定理证明了所提控制方法的闭环系统的稳定性。仿真和实验结果表明所提控制器在复合干扰情况下具有良好的动态特性和抗干扰能力。

摘要：针对非线性、强耦合、直驱型的永磁球形电机动力学系统,设计了一种自适应反演滑模控制器。首先,通过拉格朗日第二方程以及卡尔丹角坐标变换建立永磁球形电机的转子动力学方程。然后,将反演设计方法和滑模控制有机结合抑制外界扰动和参数摄动的影响。其中,基于类李雅普诺夫方法获得外界扰动上界的自适应律,并采用一种新颖的趋近律消除抖振问题。最后,仿真结果对比证实:该控制器不仅能保证永磁球形电机动力学系统高精度的轨迹跟踪、快速的动态响应,而且对外界扰动具有较强的鲁棒性。

摘要：提出一种新型的多自由度永磁球形电机,可用于机器人关节、航空航天、卫星通讯等领域。该球形电机由一个表面贴有永磁体的中空转子球壳和具有旋转线圈和倾斜线圈的单定子组成,定子由铁心和两个三相绕组组成。考虑到该新型电机与现有的大多数空心线圈的球形电机结构的差异性和新颖性,很难找到较为完善的设计理论和方法。对电机的结构和工作原理进行详细阐述,并开展电机的原始设计;利用三维有限元方法分析了电磁特性,包括磁密、转矩等。仿真结果满足电机的设计指标。该设计方法球形电机的设计提供了一定的理论基础。

摘要：针对摩擦可能引起永磁球形电机控制系统品质恶化的问题,提出模糊逼近的摩擦补偿自适应控制方案。首先,通过卡尔丹角(Carden)旋转,建立考虑摩擦项的转子动力学模型,分别基于已知模型和名义模型设计控制方案。基于名义模型的控制方案采用改进的模糊补偿自适应控制器分别补偿摩擦项以及系统不确定性因素,以减少模糊规则的数目,控制律参数基于李亚普诺夫稳定性理论自适应调节,控制方案保证了闭环系统的稳定性。仿真试验结果表明,该控制方案能有效实现对摩擦项等不确定信号的补偿,从而提高球形电机的跟踪控制性能。

摘要：永磁球形电机气隙磁通密度的基波幅值和波形畸变直接影响电机性能。本文采用球谐级数推导了永磁球形电机永磁体阵列气隙磁通密度径向分量的解析模型,分析了弧长系数、永磁体厚度和气隙长度对基波幅值和波形畸变率的影响。利用气隙磁场的解析模型,以基波幅值和波形畸变率为优化目标,采用粒子群算法对六极永磁体阵列进行了多目标优化并对优化结果进行了比较和验证。结果表明,在永磁体体积相同情况下,优化的平行磁化永磁体阵列比全极距平行磁化永磁体阵列和径向磁化永磁体阵列具有更高的基波幅值和更小的波形畸变率。

摘要：针对永磁球形电机的复杂转矩建模问题,提出了一种基于随机森林建模方法,同时提出了基于粒子群优化方案来解决永磁球形电机的优化通电策略问题。首先,通过电磁分析得到永磁球形电机转子与定子线圈在不同角度下驱动线圈产生的转矩值。然后,采用随机森林法建立了位置-转矩的黑箱模型。并在此基础上结合倾斜轨迹,采用粒子群算法对其通电策略进行优化设计,使得通电损耗降低了5%~10%。仿真和实验结果均表明,该方法能有效地实现永磁球形电机的稳定控制且通电损耗较小,可为下一步实现永磁球形电机高精度的轨迹跟踪控制提供参考和借鉴。

摘要：针对在众多领域内要求执行机构必须在一定的空间内多自由度地完成某些特定的工作,研究了一种新型的多自由度执行装置三自由度永磁球形电机。以旋量理论和李群李代数做为基础,对该装置进行运动学与动力学分析,以POE指数积法求解三自由度永磁球形电机的运动学正解、逆解,综合分析各运动杆件运动学分析的结果,使用运动螺旋和指数积公式的数学工具对其进行分析,得到其速度变换的雅可比矩阵以及求取三自由度永磁球形电机运动所需的驱动力矩,基于凯恩方程和旋量理论建立三自由度永磁球形电机动力学模型。为三自由度永磁球形电机轨迹规划以及运动控制等后续研究提供了重要的理论基础。