[发明专利]一种空间万向旋转磁场的三维空间电压矢量控制方法

摘要

本发明属于自动化工程技术领域，涉及一种用于驱动胶囊机器人的空间万向旋转磁场的三维空间电压矢量控制方法。本发明通过对三轴正交亥姆霍兹线圈上的三维电压空间矢量末端轨迹进行控制，产生空间万向旋转磁场，可便利地通过参数的调整实现对不同频率、幅值、轴线方向的旋转磁场的控制。在旋转一周等分的每一个控制周期中，取瞬时电压矢量来进行合成，保证每个控制周期内所合成的磁场变化与目标轨迹的趋近，提升了旋转磁场的精度，为日后空间万向旋转磁场控制胶囊机器人的临床应用奠定了坚实的基础。

主权项

1.一种空间万向旋转磁场的三维空间电压矢量控制方法，其特征在于包括如下步骤：第一步，根据空间万向旋转磁场的轴线方向与磁场强度，结合三轴亥姆霍兹线圈的空间结构与负载特性，推导出对亥姆霍兹线圈施加的三组正弦电压公式；将其看做三维空间矢量，通过微分几何方法，证明电压末端轨迹参数曲线为一个广义椭圆；为了对该椭圆形电压轨迹进行合成，将一个旋转周期等分并取每个等分区间的中点时间对应的末端轨迹向量作为合成整个旋转周期的瞬时电压矢量；第二步，提出一种针对三轴亥姆霍兹线圈驱动的三相六桥臂功率驱动结构图，对所有桥臂的开关状态组合进行枚举，每种开关状态组合对应着一种加载在三轴亥姆霍兹线圈上的一个电压状态，结合线圈的正交空间结构，将该电压状态看做一个空间电压矢量，称为基本电压矢量；第三步，根据基本电压矢量的空间分布特征，构建若干分割平面对三维空间进行分割，形成若干空间分割区域，并提出对广义椭圆形电压末端轨迹旋转一周进行等分以及各等分区间内瞬时电压矢量的取值方式，并给出判断当前瞬时电压矢量所在空间分割区域的方法；第四步，在判断当前瞬时电压矢量所在空间分割区域后，也就确定了该空间分割区域所对应的基本电压矢量；基于伏秒平衡原理，推导出在该控制周期内各个基本电压矢量作用的占空比公式；第五步，给出一个控制周期内各个基本电压矢量的排列方式设计方法；第六步，在一个控制周期控制完成后，继续下一个控制周期的瞬时电压矢量计算、所在空间分割区域计算、确定基本电压矢量并计算相应占空比、按照周期时序设计方法切换桥臂状态驱动亥姆霍兹线圈一系列步骤；当一个旋转周期等分的全部控制周期控制完成后，三轴亥姆霍兹线圈所产生的万向旋转磁场也旋转一周完成。