【摘 要】
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永磁球形电机作为一种可实现空间运动的关节特种电机,它不但是一个强耦合、多变量的非线性系统,而且在实际的运行过程中,存在摩擦阻力、建模误差、负载变化和未知的不确定性等影响。因此,本文从动力学方程、电流-转矩模型和闭环控制策略等方面,详细研究了一种新型永磁球形电机的运动控制策略。本文内容大体如下:1、介绍了该永磁球形电机的基本组成部分和不同通电方式下的运行原理;分别基于拉格朗日第二类方程和欧拉动力学方
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目“复杂电机系统关键基础问题研究”（51637001）；
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永磁球形电机作为一种可实现空间运动的关节特种电机,它不但是一个强耦合、多变量的非线性系统,而且在实际的运行过程中,存在摩擦阻力、建模误差、负载变化和未知的不确定性等影响。因此,本文从动力学方程、电流-转矩模型和闭环控制策略等方面,详细研究了一种新型永磁球形电机的运动控制策略。本文内容大体如下:1、介绍了该永磁球形电机的基本组成部分和不同通电方式下的运行原理;分别基于拉格朗日第二类方程和欧拉动力学方程,推导了永磁球形电机在复合扰动下两种不同的动力学模型;同时,通过线性叠加原理和伪逆矩阵建立了永磁球形电机的电流-转矩模型及其逆模型,为之后的闭环控制问题打下了基础。2、基于拉格朗日第二类方程所构建的动力学模型,将永磁球形电机的建模误差、摩擦、负载转矩和外部扰动等视为复合扰动,对永磁球形电机的终端滑模控制策略进行研究,并证明该控制策略的可行性;此外,针对永磁球形电机的慢时变扰动问题,提出了一种自适应律抑制复合扰动对永磁球形电机控制系统的影响,通过仿真结果证明其有效性。3、为了进一步提高永磁球形电机在复合扰动下的闭环控制精度,降低控制器的切换增益,提出了非线性扰动观测器和高阶滑模扰动观测器对复合扰动进行实时估计,并将所得的扰动估计值在终端滑模控制器的前端进行有效反馈补偿,通过比较仿真结果证实所提出方案的有效性和精确性。4、利用Lab VIEW软件,搭建了永磁球形电机的上位机闭环控制系统实验平台,通过永磁球形电机的对比实验,验证了所提出的控制策略在未知的复合扰动下具有更好的控制效果。
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