| 单词 | 二自由度伺服电机 |
| 释义 | 【二自由度伺服电机】 拼译：three-dimentional servo motors 是由同一电磁机构及控制装置实现三维定点旋转运动伺服控制的电机。它将单台电机电力传动的运动自由度一维拓宽到三维，具有机械集成度高，传动链简单且无间隙，可用于机器人关节传动、工具机、天线驱动、平台姿态控制等复杂机构，有重要的理论价值和广泛的应用前景。 早在1956年，原苏联米良赫发表了第1部关于三自由度电机的著作，对球形转子三维运动鼠笼式异步电机作了系统的研究，1979年陶醒世除了对三维运动鼠笼式异步电机的电磁理论作了大幅度的扩充之外，还提出了三维运动同步电机的构想。西方国家早期关于球形转子异步电机研究的目的在于通过定子偏转实现无级变速。以上研究由于在电动机理论上没有解决三自由度电机各自由度之间的解耦问题，以及控制手段过简，因而电动机的运行性能不高，可控性差，没有得到实际应用。进入80年代以来，随着机器人关节传动技术要求日益提高，就球形转子电机的磁场计算、二自由度电机的基本原理等发表了一批研究报告。与此同时，提出一些三自由度或二自由度电动机的结构模型。1984年日本反町诚宏等人提出根据索耶直线电机原理将平面电动机布置于球面，构成二自由度电机。这种电机的工作原理与步进电机相似，可以实行开环控制。1985年日本堺和人提出一种特殊结构的球形转子永磁电动机，可以实现二自由度运动。同年，C．L．Shi和A．R．Miles将两台功率自整角机分块组合成球形转子电机，实现二自由度运动控制。1988年法国A．Foggia与E．Rulliere研制成功由3台弧形定子组合构成的三自由度实心转子异步电机，用闭环控制实现三维伺服传动。由单元电机组合构成的二自由度或三自由度电机结构复杂，材料利用率也不够高。三自由度异步电机虽然可以获得近于普通电动机材料的利用率，但各自由度之间在电磁转矩与角速度的交叉耦合问题上如不能有效解耦，其运行将受到一定限制。三自由度伺服电机的基本技术要求在于：它的三维电磁转矩矢量和转子的三维角速度矢量必须是独立可控的，因此这是一个有6个自由度的控制系统。三自由度伺服电机的机种选择应保证有足够的可控变量，并要求采用电磁转矩与角速度解耦控制技术。1991年黄声华对三自由度双馈伺服电机及其矢量控制技术进行了系统的研究，将三自由度伺服电机的发展推进一个新阶段。三自由度双馈电机的定子和转子上各装有轴线正交的3个绕组，分别由伺服放大器进行控制，因而有6个独立的控制变量。黄声华根据交流电动机矢量控制的基本原理，完成了三自由度双馈电机矢量控制的研究，实现了电磁转矩矢量和转子角速度矢量的解耦控制，从而使系统具备了伺服控制功能。由于结构、参数和电磁关系的复杂性，三自由度双馈电机矢量控制系统的给定、电路方程和力学方程的求解、转子位置及角速度的测量、电磁转矩的计算及解耦控制、绕组电流的测量及控制等共使用了5种三维座标系，包括一种非正交三维座标系，并建立了各座标系之间的变换关系。三自由度电机矢量控制理论的研究发展了交流电动机矢量控制理论，使之成为三自由度电机的基础理论的重要组成部分。他还提出了用前馈控制的方法以除去刚体三维转动中各自由度之间的动力学耦合，从而全面解决了三自由度伺服电机的充分可控问题。目前三自由度伺服电机的研究和发展正处于由大范围探索向系统理论研究和工业应用研究过渡的阶段。研究和发展的重点内容包括：(1)三自由度电机结构设计、特殊材料及工艺研究；(2)三自由度电动机电磁理论及参数研究；(3)三自由度电动机控制技术及运行特性研究；(4)三自由度电动机应用研究。【参考文献】：1 Милях A H．oснoвы тeoрии 3лктрo-Динaмичecких систeмc Tр-eмя стeпинями свoъoды дивижeнияю Иэдaт． aкaдeмии нayк yкрднскoИ CCP，Kиeв，19562 Миляx A H．Tрбхcтeпe ннюe 9лeктри-нeскиe Мaшины，19563 Williams F C，et al．Brushless Variable-Speed Induction Motors，IEEE Proc．June，1956，102～1184 Eastham．Development and Design of Spherical Induction Motors，The Institution of Electrical Engineers，Dec．1959，471～4845 Davey K，Vachtsevanes G．The Analysis of Field and Torgues in Spnerical Induction Mctor，IEEE，Vo1．MAG23，No．1，Jan．1987，273～2826 Shi C L，et a1．A Twin Spherical Drive for Prosthetics and Robotics，Electric Power System Research，1985(9)，87～927 反町诚宏，球面モタ，日本专利，昭59－1627638 斋藤守弘，球面バルスモ一ス．日本专利，昭60－1391599 堺和人．三次之的ダィレクトモ一タ，日本专利，昭60－10 Foggia A，Rulliere E．Position Control of an Induction Type Actuator Moving along Three Axis，ICEM’88，1988，495－49811 黄声华，陶醒世，林金铭．三自由度电动机及其解耦控制理论，华中理工大学学报，1992，5(华中理工大学陶醒世教授撰) |
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