[发明专利]基于虚拟样机建模和周期性规划的球形电机协同控制

权利要求书

1.基于虚拟样机建模和周期性规划的球形电机协同控制，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、使用三维绘图软件Pro/Engineer对球形电机转子进行物理建模；

（2）、将建立好的物理模型导入动力学仿真软件ADAMS中，并添加质量属性、约束、重力以及动摩擦因数建立球形电机转子的虚拟样机模型，然后添加三维力矩函数，并通过后处理模块和动力学仿真揭示先倾斜后自旋、边倾斜边自旋两种典型工况下球形电机转子的运动规律，优化虚拟样机模型；

（3）、基于傅里叶级数具有周期性且能逼近复杂型函数的特点，设置球形电机转子的驱动力矩函数，利用动力学仿真软件ADAMS，实现两种基于周期性规划的典型工况运动；

（4）、通过创建接口模块，基于动力学仿真软件ADAMS和控制仿真软件MATLAB搭建球形电机机电一体化的协同控制平台，实现滑模控制。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟样机建模和周期性规划的球形电机协同控制，其特征在于：虚拟样机模型包括空孔转子、端盖、永磁体以及螺钉，使用三维绘图软件Pro/Engineer分别构建上述部件，通过装配操作建立球形电机转子的物理模型；根据球形电机转子的结构、属性以及约束关系，在动力学仿真软件ADAMS中，对空孔转子与端盖、空孔转子与永磁体、空孔转子与螺钉分别添加固定副；在球形电机转子的中心添加一个球绞副；同时根据实际使用材料，对上述部件分别添加质量属性、约束；由于添加重力将导致球形电机出现自发的俯仰运动，采取在输出轴上添加方向相反的力来抵消该影响；最后，添加动摩擦因数实现球形电机转子的虚拟样机建模。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟样机建模和周期性规划的球形电机协同控制方法，其特征在于：添加基于傅里叶级数逼近的驱动力矩函数表达式，方向分别沿着X、Y、Z轴的正方向，使球形电机实现两种基于周期性规划的摇杆运动和爪形运动典型工况运动。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟样机建模和周期性规划的球形电机协同控制方法，其特征在于：通过定义输入-输出变量创建接口模块，其中：设置虚拟样机模型的输出变量作为控制系统的输入变量，而控制系统的输出变量作为虚拟样机模型的输入变量，借助两个子系统模型之间的数据共享和信息交互，搭建球形电机机电一体化的协同控制平台，并采用控制系统仿真软件MATLAB实现球形电机转子动力学系统的滑模控制方案。