永磁球形電機的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制算法

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1、2014年1月北京航空航天大學(xué)學(xué)報January2014第40卷第l期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．40No．1永磁球形電機的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制算法劉敬猛劉巖陳偉海張良(北京航空航天大學(xué)自動化科學(xué)與電氣工程學(xué)院，北京100191)摘要：介紹了具有三維位置檢測功能的三自由度永磁球形電機工作原理及其運動控制方法．結(jié)合球電機結(jié)構(gòu)特性，基于XYZ歐拉角和拉格朗日方程建立了球電機運動學(xué)及動力學(xué)模型．為了解決動力學(xué)模型建模誤差、摩擦力和外界干擾等對球電機工作性能的影響，設(shè)計了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近模型，并將其應(yīng)用于球電機的控

2、制之中．仿真結(jié)果表明這種控制方法與傳統(tǒng)方法相比可以有效提高球電機的抗干擾能力，在建模誤差比較大的情況下仍可以保證球電機的運動精度，其結(jié)果可以為進一步的球電機精密運動控制理論研究和實驗方案設(shè)計提供借鑒和參考．關(guān)鍵詞：球電機；動力學(xué)建模；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制中圖分類號：TM351文獻標(biāo)識碼：A文章編號：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隨著現(xiàn)代工業(yè)和機器人技術(shù)的發(fā)展，多自由度運動裝置的研究受到越來越多國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注．但是，迄今為止市場上所有的常規(guī)電機都只能產(chǎn)生單自由度旋轉(zhuǎn)運動．為了

6、產(chǎn)生多自由度旋轉(zhuǎn)運動，必須將多個單軸電機和相關(guān)的連接件以串聯(lián)、并聯(lián)或者是串并混聯(lián)等方式實現(xiàn)．這種多電機組合的方式固然能實現(xiàn)多自由度旋轉(zhuǎn)運動，但是它們存在一些難以克服的內(nèi)在缺陷：傳動機構(gòu)彈性變形和運動死區(qū)造成的運動精度低，存在回程誤差以及工作空間內(nèi)存在奇異點等．因此，研究者們提出了球形電機的概念，它可以在一個關(guān)節(jié)實現(xiàn)三自由度旋轉(zhuǎn)運動，使機器人等現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品在設(shè)計中可以避免使用傳統(tǒng)的多電機復(fù)雜機械驅(qū)動裝置．在未來，多自由度球形電機作為關(guān)節(jié)驅(qū)動，還可以擁有更小的質(zhì)量和體積，以提高關(guān)節(jié)運動的靈活性，這些優(yōu)點是普通的單自由度電機不能滿足的¨。21．但是，由于球電機結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其精確控制收稿13期

7、：2013-03n28；網(wǎng)絡(luò)出版時間：2013·11—2010：28網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．enki．net／kems／detail／11．2625．V．20131120。1028．002．html基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(50975017)；高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金資助項目(20101102110006)作者簡介：劉敬猛(1967一)，男，安徽阜陽人，副教授，jmliubuaa@126．corn．26北京航空航天大學(xué)