[发明专利]多自由度永磁感应子式步进电机的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种多自由度永磁感应子式步进电机的控制方法。

背景技术

作为机器人与机械手关节运动的执行机构，一维控制电机较为常见。新型的三自由度球形电机的出现，使得机器人关节运动可在较小的三维空间中完成，从而简化了系统结构、缩小了机构体积，以及提高了系统的动态性能、静态性能和定位精度。

但是，永磁球形步进电机由于受制于通过继电器控制定子线圈进行换相控制模式的限制，而只能采用球面有限离散点来描述连续的三维空间，使得该球形电机仅能完成定点运动，定位精度过低。显然地，对于永磁球形步进电机而言，控制和定位精度始终是一个难点。

寻求一种控制稳定、定位精度高的永磁球形步进电机的控制方法已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种多自由度永磁感应子式步进电机的控制方法。

发明内容

本发明是针对现有技术中，传统永磁球形步进电机由于受制于通过继电器控制定子线圈进行换相控制模式的限制，而只能采用球面有限离散点来描述连续的三维空间，使得该球形电机仅能完成定点运动，定位精度过低等缺陷提供一种多自由度永磁感应子式步进电机的控制方法。

为实现本发明之目的，本发明提供一种多自由度永磁感应子式步进电机的控制方法，所述多自由度永磁感应子式步进电机的控制方法，包括：

执行步骤S1：根据永磁球形步进电机之运行过程，并利用卡尔丹角旋转建立转子固定坐标系下永磁球形步进电机的动力学模型；

执行步骤S2：基于最优稳定性控制理论，优化永磁球形步进电机运行之控制过程。

可选地，所述永磁球形步进电机运行之控制过程优化系通过对永磁球形步进电机之电流矢量控制，提出多自由度永磁感应子式步进电机优化自适应控制方案，对转子各轴向转动惯量及力矩进行有效控制，使其有效的适应各种环境条件和负荷的变化，获得最优输出控制特性，以实现驱动机器人的最佳运动轨迹和最优控制特性。

可选地，所述自适应模糊系统的逼近误差足够小，则系统保持稳定状态。

可选地，所述永磁球形步进电机的动力学模型之建模过程忽略摩擦及不确定性扰动。

可选地，所述永磁球形步进电机空载时，转子球的球心与定子建立在静止坐标系。

可选地，0-x₀y₀z₀的运动坐标系与0-xyz系的初始位置重合。

综上所述，本发明通过分析永磁球形步进电机运行过程，建立了转子动力学模型，并在利用卡尔丹角旋转建立转子固定坐标系下球形转子动力学模型的基础上，基于系统最优稳定性控制理论，进一步优化永磁球形步进电机运行控制过程，通过对永磁球形步进电机之电流矢量控制，提出多自由度永磁感应子式步进电机优化自适应控制方案，对转子各轴向转动惯量及力矩进行有效控制，使其有效的适应各种环境条件和负荷的变化，获得最优输出控制特性，以实现驱动机器人的最佳运动轨迹和最优控制特性。

附图说明

图1所示为本发明多自由度永磁感应子式步进电机的控制方法之流程图。

图2所示为卡尔丹角旋转的示意图；

图3所示为本发明多自由度永磁感应子式步进电机的控制方法之自适应控制框图。

具体实施方式

为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

请参阅图1，图1所示为本发明多自由度永磁感应子式步进电机的控制方法之流程图。所述多自由度永磁感应子式步进电机的控制方法，包括：

执行步骤S1：根据永磁球形步进电机之运行过程，并利用卡尔丹角旋转建立转子固定坐标系下永磁球形步进电机的动力学模型；

执行步骤S2：基于最优稳定性控制理论，优化永磁球形步进电机运行之控制过程。

作为本领域技术人员，容易理解地，球形转子模型对坐标系间旋转变化的描述并非采用常用的变换矩阵进行，逆变矢量和协变矢量的引入不易于对模型的理解。另一方面，变磁阻式球形转子动力学模型建立在广义欧拉旋转X-Y-Z的基础上，实际转角较小时，计算过程容易产生奇点，不利于角位移微元的引入。