[发明专利]一种基于运动解耦的永磁球形电机通电控制方法

权利要求书

1.一种基于运动解耦的永磁球形电机通电控制方法，所述控制方法适于三自由度永磁球形电机，所述永磁球形电机包括环形支撑底座、上方开口的球形定子外壳、两层对称均匀分布在定子外壳上的二十四个空心定子线圈(2)、内嵌在定子外壳里的球形转子，四层极性交替对称均匀分布在球形转子上的四十个圆柱形永磁体(3)，以及固定在球形转子上方的输出轴(1)，所述三自由度永磁球形电机能够在最大倾斜角37.5°内做偏航、俯仰和自旋运动；其特征是：所述永磁球形电机通电控制方法是：根据偏航、俯仰和自旋三种运动姿态预先将电机定子线圈分组，分别对所述三种运动姿态建立电磁转矩模型；然后由期望角位移通过动力学方程求解出运动所需的控制转矩；再利用基于运动解耦的通电控制方法，将控制转矩分别通过对应的偏航、俯仰和自旋电磁转矩模型，逆向求解出所需控制转矩对应电流，最后通过电流控制装置实现期望位置的运动；

所述定子线圈分组是按如下步骤进行：

步骤1：以球形定子外壳中心点为原点，建立定子静坐标系，以所述球形转子球心为原点，建立转子动坐标系O-xyz，所述定子静坐标系的Z轴垂直水平面向上，所述定子静坐标系和所述转子动坐标系的原点O固定为同一点，初始位置上的定子静坐标系和转子动坐标系为重合，所述转子动坐标系O-xyz可随球形转子绕原点O旋转；

步骤2：在所述定子静坐标系O-XYZ下，处在X轴负方向上的上层定子线圈标记为C1，其余上层定子线圈按照顺时针方向依次标记为C2～C12；处在X轴负方向上的下层定子线圈标记为C13，其余下层定子线圈按照顺时针方向依次标记为C14～C24；初始位置上，球形转子在所述定子静坐标系O-XYZ下永磁体从上往下的各层依次为第一层、第二层、第三层和第四层，各层永磁体标记为：第一层：处在X轴负方向上的永磁体标记为P1，其余各永磁体按照顺时针方向依次标记为P2～P10；第二层：处在X轴负方向上的永磁体标记为P11，其余各永磁体按照顺时针方向依次标记为P12～P20；第三层，处在X轴负方向上的永磁体标记为P21，其余各永磁体按照顺时针方向依次标记为P22～P30；第四层，处在X轴负方向上的永磁体标记为P31，其余各永磁体按照顺时针方向依次标记为P32～P40；

步骤3：由定子线圈C2、C12、C18和C20组成X⁺线圈组，用于控制球形电机的X轴正向偏航运动；由定子线圈C6、C8、C14和C24组成X^-线圈组，用于控制球形电机的X轴负向偏航运动；由定子线圈C9、C11、C15和C17组成Y⁺线圈组，用于控制球形电机的Y轴正向俯仰运动；由定子线圈C3、C5、C21和C23组成Y^-线圈组，用于控制球形电机的Y轴负向俯仰运动；由定子线圈C1、C7、C13和C19组成Z₁线圈组，由C2、C8、C14和C20组成Z₂线圈组，由C3、C9、C15和C21组成Z₃线圈组，由C4、C10、C16和C22组成Z₄线圈组，由C5、C11、C17和C23成组成Z₅线圈组，由C6、C12、C18和C24组成Z₆线圈组，利用Z₁、Z₂、Z₃、Z₄、Z₅和Z₆线圈组轮流通电控制Z轴自旋运动。