与传统的单轴多自由度传动装置相比,球形电机具有结构紧凑、传动效率高、动态性能好等优点,使其应用前景多在航空航天、机器人等控制精度高的领域。目前,球形电机的研究热点多在电机结构优化设计、磁场转矩分析、电机控制算法研究及位置检测等方面,关于球形电机摩擦转矩与通电策略研究还尚不成熟,有许多问题没有解决。然而,摩擦干扰不仅影响输出转矩的测量,也使得球形电机的运动控制精度难以得到有效提升。由于在特定姿态下,不同的驱动电流组合可以输出相同的控制转矩向量,如何在这些驱动电流组合中进行选择,完成特定运动轨迹也是研究的一个重点。本文将从球形电机的摩擦转矩检测与基于轨迹分析的永磁球形电机通电策略这两种问题进行研究。论文的主要工作如下:1.针对永磁球形电机运动时摩擦转矩检测困难的问题,本文提出一种基于压力传感器检测永磁球形电机摩擦转矩的方法。该方法首先应用压力传感器检测球形转子施加在支撑杆处的压力信息,通过永磁球形电机摩擦转矩的数学模型,解析压力信息,得到摩擦转矩数值。再通过恒速实验得到压力-摩擦转矩间的稳态对应关系,采用遗传算法对数学模型中未知的摩擦因数进行参数辨识。最后将通电实验的结果与仿真结果进行对比,验证了基于压力传感器永磁球形电机摩擦转矩检测方法的有效性。2.为了减少永磁球形电机运行过程中驱动电流组合的频繁变化给驱动电路带来的压力,并且能够对永磁球形电机运动过程中角速度与角加速度进行约束,提出了一种基于轨迹分析的永磁球形电机通电策略;基于遗传算法建立了永磁球形电机的转矩-电流求解模型,以此来求得电机特定姿态下所需转矩的驱动电流;通过建立电机的轨迹信息运算模型对求得的多组驱动电流组合进行轨迹信息运算,为每一运行阶段各选择一组满足角速度约束、运行角位移最大的通电组合,得到球形电机整个运动过程的驱动电流时间序列,达到减少驱动电路压力的目的。