三自由度永磁球形电动机步进运动控制研究

摘要

永磁球形电动机因其能够完成空间的多自由度运动而受到越来越多的关注。本文针对一种球形电动机进行了转矩建模，提出控制永磁球形电动机步进运动的控制方法;对球形电动机在不同步进运动情况下的线圈电流进行了仿真;设计出电流控制模块，并进行了初步试验。
　　本论文主要工作具体包括以下几个方面:
　　(1)针对三自由度永磁球形电动机分析了定子线圈结构参数对电动机转矩特性的影响，对三自由度永磁球形电动机的单对定子和转子相互作用时的转矩特性进行了研究，得到了适合于整个电动机的线性叠加转矩模型，提出了通过控制定子线圈电流来控制永磁球形电动机步进运动的控制方法。
　　(2)对单个线圈电流进行了基于滞环跟踪法的仿真，随后对永磁球形电动机分别进行了特定转矩下输出轴在初始位置处步进自旋、输出轴偏离Z轴一定角度后绕Z轴步进旋转（输出轴倾斜）、输出轴偏离Z轴一定角度进行步进自旋的仿真。
　　(3)构建实验平台。根据仿真时应用的控制原理设计出控制方案的原理图，并依此制作出了控制模块，编写了相关的控制程序，对步进运动进行了初步实验，得到了在本控制方法下的实验结果，初步验证了控制方法的正确性和可实现性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 永磁球形电动机的国内外研究

1．2．1 国外的研究现状

1．2．2 国内的研究现状

1．3 本文主要内容

第二章 三自由度永磁球形电动机基本结构原理及转矩优化建模分析

2．1 球形电动机的基本机构和工作原理

2．2 球形电动机转矩建模与分析

2．2．1 球形电动机转矩求解计算

2．2．2 线圈结构参数对电磁转矩的影响

2．2．3 球形电动机转矩建模

2．3 本章小结

第三章 永磁球形电动机步进运动控制仿真分析

3．1 基于滞环跟踪控制的单路线圈电流仿真

3．1．1 电流滞环跟踪控制原理

3．1．2 半桥方式滞环电流跟踪仿真

3．2 给定位置下特定转矩的多路线圈电流仿真

3．3 给定转矩下球形电动机步进运行的多路线圈电流仿真

3．4 本章小结

第四章 球形电动机电流控制器的实验平台

4．1 电流控制器的工作原理

4．1．1 各模块的介绍

4．1．2 电流控制器的原理图设计

4．2 电流跟踪控制的实验

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 不足与展望

参考文献

致谢