【摘 要】
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球形电机具有能够独自实现三自由度运动的特点,近年来在自动化工业生产、广角度监控、新能源汽车、3D打印和远程操控等领域展现出巨大的应用潜力。为了实现精确的控制,如何获得准确的转子姿态位置是球形电机研究的一个重要内容。目前球形电机转子姿态检测方法的共同点是都需要在转子轴或定子壳上安装位置传感器来实现,这些传感器所占用的空间较大,为球形电机的实际应用造成了负面影响。本文针对一种磁阻式球形电机,提出了基于
【基金项目】
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国家自然基金项目“复杂电机系统关键基础问题研究”（51637001）； 安徽省自然科学基金项目“一种磁阻式多自由度球形电机结构设计优化研究”（1908085ME168）；
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球形电机具有能够独自实现三自由度运动的特点,近年来在自动化工业生产、广角度监控、新能源汽车、3D打印和远程操控等领域展现出巨大的应用潜力。为了实现精确的控制,如何获得准确的转子姿态位置是球形电机研究的一个重要内容。目前球形电机转子姿态检测方法的共同点是都需要在转子轴或定子壳上安装位置传感器来实现,这些传感器所占用的空间较大,为球形电机的实际应用造成了负面影响。本文针对一种磁阻式球形电机,提出了基于电感特性的无传感器位置检测方法。根据转子在不同姿态角度下的电感特性数据,通过机器学习算法——极限学习机（ELM）来建立针对转子角度的回归预测模型,实现磁阻式球形电机的无传感器位置检测,并通过实验验证了这种检测方法的可靠性。本文的主要研究工作如下:（1）介绍了磁阻式球形电机的结构与运动原理,并建立了基于定转子的两种不同坐标系来描述转子在三维空间内的位置。（2）分析了磁阻式球形电机线性电感模型,证明了基于电感特性的磁阻式球形电机无传感器位置检测方法的可行性。（3）为了获取磁阻式球形电机的电感数据,设计并搭建了电感检测实验平台,并通过与有限元结果的对比证明了该检测方法的可靠性,获取磁阻式球形电机转子在任意轨迹和任意位置下的12组定子线圈电感数据,构建了样本空间。（4）基于电感特性样本空间,建立起基于极限学习机算法的位置预测模型,并采用不同寻优算法对模型参数进行优化以提升其精确度,最后验证了所提出的回归拟合模型在不同运动轨迹下的可靠性。
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