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內容簡介

　　本書從結構設計、磁場與力矩建模、轉子姿態(tài)檢測、運動控制等多個層面，系統(tǒng)介紹了三自由度永磁球形電動機的統(tǒng)一理論、研究體系與方法，是編者團隊十多年研究成果的提煉和總結。球形電動機面世幾十年來，由于研究工作者遵循各自的研究對象與方法，導致球形電動機理論研究缺乏系統(tǒng)性。本書在回顧球形電動機主要研究內容及基礎核心問題的基礎上，以幾種規(guī)格、拓撲結構樣機的研究內容為主線，按照理論分析、仿真對比、實驗驗證的思路，論述了球形電動機研究的理論體系及方法。本書適用于從事電機設計、電機電磁場分析、特種電機及電機控制等研究方向的博士與碩士研究生，以及電機工程和相關領域的科研人員。

作者簡介

　　李國麗，生于1961年5月生，安徽大學教授、博導，博士。1983年合肥工業(yè)大學電氣工程系本科畢業(yè)，1985級合肥工業(yè)大學電氣系自動化專業(yè)研究生，2002級中科院等離子體物理研究所博士研究生，工學博士，1995年機械部青年教師教書育人獎獲得者，安徽省首批跨世紀中青年骨干教師培養(yǎng)對象，教育部電子信息科學與電氣信息類基礎課程教學指導分委員會委員，中國大學EDA教育工作委員會委員，全國電子技術研究會理事，合肥工業(yè)大學教學指導委員會委員。近年來，主持安徽省“十五”重點攻關項目一項、安徽省自然基金項目一項。

圖書目錄

前言
第1章緒論1
1.1球形電動機概述1
1.2國內外關于球形電動機的研究發(fā)展2
1.2.1球形電動機拓撲結構的研究發(fā)展2
1.2.2球形電動機姿態(tài)檢測的研究發(fā)展16
1.2.3球形電動機運動控制策略的研究發(fā)展24
第2章永磁球形電動機的基本結構與優(yōu)化設計28
2.1永磁球形電動機的基本結構與參數28
2.1.1采用圓柱形永磁體的球形電動機28
2.1.2采用臺階式永磁體的球形電動機30
2.1.3采用Halbach陣列永磁體的球形電動機30
2.2永磁球形電動機單定轉子磁極對矩角特性建模31
2.2.1樣本數據選擇31
2.2.2基于BP神經網絡的單定轉子磁極對矩角特性建模32
2.2.3基于遺傳算法優(yōu)化的BP神經網絡單定轉子磁極對矩角特性建模35
2.2.4基于粒子群優(yōu)化算法的BP神經網絡單定轉子磁極對矩角特性建模37
2.3永磁球形電動機結構參數優(yōu)化39
2.3.1以單定轉子磁極對輸出轉矩最大為目標的結構參數優(yōu)化40
2.3.2以輸出轉矩最大、線圈功耗最小為目標的結構參數優(yōu)化42
2.4本章小結48
第3章球形電動機磁場模型與力矩模型49
3.1永磁球形電動機的磁場模型49
3.1.1基于等效面電流的磁場模型50
3.1.2基于球諧函數的磁場模型61
3.1.3基于等效磁網絡法的磁場模型67
3.2永磁球形電動機的力矩模型74
3.2.1基于洛倫茲力的力矩模型74
3.2.2基于轉矩線性疊加的力矩模型85
3.2.3基于數據驅動的力矩預測模型88
3.3本章小結103
第4章永磁球形電動機的轉子姿態(tài)檢測105
4.1基于MEMS的轉子姿態(tài)檢測105
4.1.1基于MEMS的轉子姿態(tài)檢測系統(tǒng)構成107
4.1.2MEMS數據采集與誤差處理108
4.1.3基于MEMS的轉子姿態(tài)檢測實驗112
4.1.4基于MEMS的轉子姿態(tài)檢測的優(yōu)缺點115
4.2基于機器視覺的轉子姿態(tài)檢測116
4.2.1基于高速攝像機和光學特征點的轉子姿態(tài)檢測系統(tǒng)構成117
4.2.2基于高速攝像機和光學特征點的轉子姿態(tài)檢測原理118
4.2.3基于高速攝像機和光學特征點的轉子姿態(tài)檢測實驗125
4.2.4基于IFDSST算法的轉子姿態(tài)檢測系統(tǒng)構成136
4.2.5基于IFDSST算法的轉子姿態(tài)檢測原理137
4.2.6基于IFDSST算法的轉子姿態(tài)檢測實驗142
4.2.7基于OpenMV的轉子姿態(tài)檢測系統(tǒng)構成150
4.2.8基于OpenMV的轉子姿態(tài)檢測原理151
4.2.9基于OpenMV的轉子姿態(tài)檢測實驗156
4.2.10基于圖像處理的轉子姿態(tài)檢測的優(yōu)缺點159
4.3基于光學傳感器的轉子姿態(tài)檢測160
4.3.1基于雙光學傳感器的轉子姿態(tài)檢測系統(tǒng)構成160
4.3.2基于雙光學傳感器的轉子姿態(tài)檢測系統(tǒng)原理162
4.3.3基于雙光學傳感器的轉子姿態(tài)檢測實驗165
4.3.4基于單光學傳感器的轉子姿態(tài)檢測方法169
4.3.5基于三光學傳感器的永磁球形電動機轉子姿態(tài)檢測系統(tǒng)172
4.3.6基于光學傳感器的球形電動機轉子姿態(tài)檢測方法的優(yōu)缺點177
4.4轉子姿態(tài)的磁敏檢測方法178
4.4.1轉子姿態(tài)磁敏檢測方法的基本原理178
4.4.2球形電動機轉子姿態(tài)解算原理與仿真分析181
4.4.3轉子姿態(tài)磁敏檢測實驗185
4.4.4系統(tǒng)誤差仿真分析186
4.4.5轉子姿態(tài)磁敏檢測方法的優(yōu)缺點190
4.5本章小結191
第5章永磁球形電動機的運動控制192
5.1運動學分析192
5.1.1坐標系與旋轉方式192
5.1.2正向運動學分析194
5.1.3逆向運動學分析196
5.2動力學分析197
5.2.1歐拉角速度與轉子角速度197
5.2.2永磁球形電動機轉子動力學模型198
5.2.3永磁球形電動機轉子動力學模型的典型性質200
5.3永磁球形電動機的驅動電流求解201
5.3.1廣義逆矩陣求解驅動電流201
5.3.2優(yōu)化算法逆向求解驅動電流202
5.4永磁球形電動機的運動控制算法206
5.4.1基于名義模型的永磁球形電動機PD控制算法207
5.4.2考慮模型不確定性的永磁球形電動機自適應控制算法209
5.4.3考慮復合干擾的永磁球形電動機全階滑?？刂?13
5.4.4基于自適應干擾觀測器的永磁球形電動機終端滑?？刂?22
5.4.5帶有延時補償的永磁球形電動機自適應滑模軌跡跟蹤控制233
5.4.6基于軌跡再規(guī)劃的永磁球形電動機閉環(huán)控制239
5.5永磁球形電動機的運動控制系統(tǒng)測試平臺244
5.6本章小結250
參考文獻251