[发明专利]一种多自由度电机运动特性仿真模拟控制方法

权利要求书

1.一种多自由度电机运动特性仿真模拟控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、把多自由度电机带输出轴的内转子与连接外壳的外转子的运动结构看作是偏转型电动模块或自转型电动模块或二者结合的电动模块，依据类型电动模块的驱动机理和轨迹规划，利用三维机械设计软件构建并绘制虚拟样机模型，即几何实体模型以及整体模块的几何实体模型；

(2)、将构建完毕的几何实体模型导入多体运动与动力学仿真软件中，并依据类型电动模块的运动机理，给出各部件位姿之间的运动约束关系及物理特性，设置与之相匹配的运动铰链，并施加外部载荷；基于电机的多自由度运动理念，分别使用运动副中的驱动形式和外加载荷中的旋转力矩，对电机的运动学和动力学进行分析计算，编辑部件的初始状态，在指定旋转序列下完成输出轴运动计算；

(3)、利用计算得到的驱动加速度、位移量变化和力矩周期性变化结果，设定多自由度电机输出轴内、外转子分别基于偏转与自转自由度的约束关系下，实现多自由度电机的倾斜操作和旋转运行；基于协同控制三自由度的约束关系下，实现多自由度电机的空间三自由度运动；并在后处理模块和动态画回放内观测电机的动态性能和运行轨迹，实现虚拟样机技术中的交互式时域仿真；

(4)、最后设置作为输入/输出的接口模块，进行基于多自由度电机的运动与动力学仿真与控制系统联合平台的搭建，由多体运动与动力学仿真软件作为输出系统方程的数据，再由其他控制程序读取，建立仿真下的控制系统方案，以电机的三自由度运动轨迹跟踪作为控制目标，实现电机在内、外转子协同配合下的滑动模态控制。

2.如权利要求1所述的一种多自由度电机运动特性仿真模拟控制方法，其特征在于：偏转型电动模块的几何实体模型包括偏转转子部分和位于偏转转子部分内部的偏转定子部分；所述的偏转转子部分通过十字联轴器和两个联动输出接头(42)与对外输出轴(50)相连；偏转转子部分包括偏转永磁体(36)和位于偏转永磁体(36)外围的偏转转子轭(32)；所述偏转定子部分通过固定基座(47)与地面固定；偏转定子部分包括偏转 定子线圈(31)和偏转定子 铁芯(30)、偏转定子轭(34)与偏转定子支架(33)和盘式基座(35)；在十字联轴器(44)处添加配合两个联动输出接头(42)的万向节铰链，其余部件均以固定副相连偏转铰链的驱动部件。

3.如权利要求1所述的一种多自由度电机运动特性仿真模拟控制方法，其特征在于：步骤(1)中，自转型电动模块包括自转定子部分和自转转子部分，所述自转转子部分位于自转定子部分的外围；所述自转定子部分包括上述偏转型模块；添加一个贴合对外输出轴(50)与十字连杆(49)的旋转铰链，其余自转转子部件均以固定副相连自转铰链的驱动部件；

步骤(2)中，依据偏转型模块和自转型模块的电动机理，给出各部件位姿之间的运动约束关系及物理特性，包括添加各个部件的质量属性和转动惯量，设定各部件位姿之间的约束关系以及匹配相应的运动副铰链，控制电机自转运动的添加旋转铰链，控制电机偏转运动的添加万向节铰链，控制电机三自由度的运动的添加球铰链；并施加外部载荷；编辑部件的初始状态，在指定旋转序列下完成电机对外输出轴运动的组装计算；

步骤(4)中，最后设置作为输入/输出的接口模块，建立联合仿真下的控制系统方案。

4.如权利要求3所述的一种多自由度电机运动特性仿真模拟控制方法，其特征在于：所述联合仿真下的控制系统方案，以施加的外部载荷作为数据输入，以电机的运动特性作为数据输出，定义6个状态变量，其中3个为旋转力矩，与之关联输入变量，3个为电机的轴向角速度，与之关联输出变量；其中，令虚拟样机输出的运动特性同时作为控制系统的输入输出变量，确定滑模控制系统的控制方案，以跟踪电机的三自由度运动轨迹；建立电机整体运动控制一体化的联合仿真平台；所述的基于联合仿真平台下的滑模控制系统的控制器函数为S-Function。