【摘 要】
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永磁球形电机作为一种新颖的三自由度执行机构,可代替多轴齿轮连杆系统组成的传统多自由度装置,实现三自由度运动,并且具有响应时间快、集成度高的优点。然而由于球形电机在运行时存在转子启停不稳、运动过程不平滑及轨迹控制参数调整较为困难等问题,使得其实际运行受到很大影响。因此本文针对球形电机运行过程中所涉及的轨迹规划算法及其优化问题展开研究,主要研究内容如下:（1）首先,介绍了永磁球形电机运行控制原理,并通
【基金项目】
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国家自然科学基金“复杂电机系统关键基础问题研究（No.51637001）”； 安徽省自然科学基金“基于多物理场耦合建模的永磁球形电机控制系统研究（2008085ME156）” The National Natural Science Foundation of China "Research on Key Basic Problems of complex m
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永磁球形电机作为一种新颖的三自由度执行机构,可代替多轴齿轮连杆系统组成的传统多自由度装置,实现三自由度运动,并且具有响应时间快、集成度高的优点。然而由于球形电机在运行时存在转子启停不稳、运动过程不平滑及轨迹控制参数调整较为困难等问题,使得其实际运行受到很大影响。因此本文针对球形电机运行过程中所涉及的轨迹规划算法及其优化问题展开研究,主要研究内容如下:（1）首先,介绍了永磁球形电机运行控制原理,并通过其运动学及动力学特征分别建立球机转子的虚拟样机模型和动力学数学模型。（2）然后,分析研究了三次、五次多项式插值算法以及S形曲线控制算法在永磁球形电机轨迹规划上的应用。针对电机在点对点运动时存在加速度、加加速度不连续的问题,本文结合S形曲线算法速度平滑的优势和高斯函数无限可导的优点,提出了一种基于高斯函数改进S形速度曲线（GFS）的点对点轨迹规划算法,并设计了转矩生成模块。仿真结果表明改进后的算法不仅可以使转子输出角速度变得平滑连续,而且解决了转矩切换瞬间冲击曲线出现阶跃现象的问题。（3）接着,针对永磁球形电机在三维空间中的连续运行问题,提出了一种基于五次B样条（QBS）算法的轨迹规划优化方案。同时考虑电机定子与转子间的约束条件,对转子启停速度与加速度进行了解算,仿真算例进一步证实了该算法对转子输出角位移、角速度、角加速度的可控性。（4）最后,搭建了基于轨迹规划算法的球形电机实验平台,并分别对GFS算法与QBS算法进行了实验验证,通过分析两种算法在各自工作场景下的角位移误差,进一步证实了两种优化算法的准确性与可行性。
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