永磁球形电机的神经网络自适应控制算法

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1、2014年1月北京航空航天大学学报January2014第40卷第l期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．40No．1永磁球形电机的神经网络自适应控制算法刘敬猛刘岩陈伟海张良(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100191)摘要：介绍了具有三维位置检测功能的三自由度永磁球形电机工作原理及其运动控制方法．结合球电机结构特性，基于XYZ欧拉角和拉格朗日方程建立了球电机运动学及动力学模型．为了解决动力学模型建模误差、摩擦力和外界干扰等对球电机工作性能的影响，设计了神经网络逼近模型，并将其应用于球电机的控

2、制之中．仿真结果表明这种控制方法与传统方法相比可以有效提高球电机的抗干扰能力，在建模误差比较大的情况下仍可以保证球电机的运动精度，其结果可以为进一步的球电机精密运动控制理论研究和实验方案设计提供借鉴和参考．关键词：球电机；动力学建模；神经网络自适应控制中图分类号：TM351文献标识码：A文章编号：1001—5965(2014)01-0025-06NeuralnetworkadaptivecontrolalgorithmforpermanentmagnetsphericalmotorLiuJingmengLiuYanChenWeihaiZhangLiang(SchoolofAutomati

3、onScienceandElectricalEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Acontrolmethodfora3一DOFsphericalmotorwasintroduced．The3一DOFsphericalmotorhadthree—dimensionalorientationmeasurementability．Consideringthemechanicalstructureofthesphericalmo—tor，XYZEulerang

4、lewasusedfortheconstructionofthekinematicsmodel．ThedynamicmodelwasestablishedbytheLagrange’Sequation．Becauseofthedynamicmodelingerror，frictionandexternaldisturbances，the印一proximationneuralnetworksystemmodelwasappliedtothesphericalmotor’Scontr01．Thesimulationresultsshowthatcomparingtothetraditiona

5、lmethod，theproposedmethodcansignificantlyimprovethemotionper—formance．Theresultscanserveasabasisforthefutureprecisionmotioncontrolresearchandexperiment．Keywords：sphericalmotor；dynamicalmodeling；neuralnetworkadaptivecontrol随着现代工业和机器人技术的发展，多自由度运动装置的研究受到越来越多国内外学者的关注．但是，迄今为止市场上所有的常规电机都只能产生单自由度旋转运动．为了

6、产生多自由度旋转运动，必须将多个单轴电机和相关的连接件以串联、并联或者是串并混联等方式实现．这种多电机组合的方式固然能实现多自由度旋转运动，但是它们存在一些难以克服的内在缺陷：传动机构弹性变形和运动死区造成的运动精度低，存在回程误差以及工作空间内存在奇异点等．因此，研究者们提出了球形电机的概念，它可以在一个关节实现三自由度旋转运动，使机器人等现代工业产品在设计中可以避免使用传统的多电机复杂机械驱动装置．在未来，多自由度球形电机作为关节驱动，还可以拥有更小的质量和体积，以提高关节运动的灵活性，这些优点是普通的单自由度电机不能满足的¨。21．但是，由于球电机结构的复杂性，其精确控制收稿13期

7、：2013-03n28；网络出版时间：2013·11—2010：28网络出版地址：WWW．enki．net／kems／detail／11．2625．V．20131120。1028．002．html基金项目：国家自然科学基金资助项目(50975017)；高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20101102110006)作者简介：刘敬猛(1967一)，男，安徽阜阳人，副教授，jmliubuaa@126．corn．26北京航空航天大学