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。
本文以磁悬浮球系统为研究对象,基于该系统的线性化模型,通过Backstepping设计方法设计了一类自适应控制器,所设计的控制器具有结构简单易于实现,控制输入易于得到等优点,仿真实验验证了该控制器的有效性。
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