磁悬浮球形磁阻主动关节的建模与逆系统解耦控制

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1、万方数据第47卷第17期2011年9月机械工程学报JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGVbl．47S印．No．172O1DoI：10．390l／胛垤E．2011．17．015磁悬浮球形磁阻主动关节的建模与逆系统解耦控制木曾励王军徐媛媛(扬州大学机械工程学院扬州225127)摘要：球形电动机直接支承驱动的多自由度球形主动关节机械集成度高，在控制和轨迹规划方面占有优势。但关节工作时，由于机械支承的摩擦磨损，造成关节部件发热，导致关节的静、动态性能变差。基于电动机技术、磁悬浮技术以及机器人技术，提出一种无机械摩擦和磨损、不需要润滑的多自由度磁悬浮

2、球形磁阻主动关节结构，分析其工作原理；根据磁悬浮磁阻主动关节的气隙磁能对球形转子的旋转角位移和径向位移求导求出关节在一个坐标方向的电磁悬浮合力和电磁总转矩模型；基于电磁悬浮力及电磁转矩模型，建立主动关节系统的动力学原型模型和逆系统模型：将逆系统模型作为解耦控制器对原型系统进行解耦控制得到解耦后的伪线性系统，对解耦线性化的伪线性系统进行状态反馈闭环控制，并对其进行系统仿真研究；仿真结果说明，磁悬浮球形磁阻主动关节系统的逆系统解耦和状态反馈闭环控制具有良好的动态响应和抗干扰的鲁棒特性。关键词：磁悬浮球形关节数学模型逆系统解耦控制中图分类号：TH39SphericalR

3、eluctanceDriVingJointwithMagneticLeVitationModeHngandInVerseSystemDecouplingControlZENGLiW删GJunXUYuanⅦaIl(CollegeofMechanicalEnginee血g，‰gzhouUniVers咄Y撕gzhou225127)．Ab蛐陀ct：Mul出DOFsph缸caliIlitiatiVejo血drovedbysph商calmobDrdirectly．nh雒highmcchanicalinte缈tion觚dadv锄tageinthecon仃ol觚d仃旬ectoly

4、pl砌ng．Butwh锄tllejointworks，the饿cti∞andwe盯duetomec蜥cal驯嘎，on’resultinginjo血c优rlponentsf毫Ver'leadingtojointstatic锄d由mamicperf0脚舱ncedl玳蛹or舢ed．B鹊ed∞themotortechnology，m硼删icle、，i伽∞techllology柚drobottecbnolo鼢presentsa∞mechallical衔cti∞锄dwe鹄∞lu嘣cati∞∞luctanceIIl王myde雕sof疵蜘咖ma驴etic吼培pensi∞ballj

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7、ricaldrivingjointMamcnlaticalmodclhe侣esysteInD∞ouplingco咖lO前言机械系统中的多自由度运动的关节系统多由两个或多个电动机驱动机械机构构成，存在体积大、结构复杂，各关节摩擦面磨损严重，效率低，动态性能较差等缺点，而且由于机械传动系统误差的累计导致整个控制系统的精度下降，甚至影响系统的·国家自然科学基金(50975249)和江苏省自然科学基金(Bl(2008219)资助项目．20l00908收到初稿，20l10712收到修改稿稳定性【l】。从20世纪50年代开始，由于机器人、空间技术及自动化技术的迅速发展，促进了

8、多自由度球