中文摘要：

目前国内外在三自由度永磁球形电动机的研究方面仍然处于探索阶段，未获明显进展。主要原因是尚缺乏系统深入的理论研究和实用可行的技术基础，在球形电机结构、位置检测、系统建模、控制理论与策略等方面均存在一些亟待突破的技术瓶颈与关键问题。本项目拟在长期从事三自由度球形电动机研究所积累的经验和已经取得部分成果的基础上，针对目前制约该研究领域进展的若干关键问题，进行深入系统的理论研究与实验验证，通过多学科交叉应用基础研究并结合实际样机制作及大量的实验室测试工作，完善电机设计体系，形成若干具有自主知识产权的研究成果，促进该研究方向的不断进步和向前发展，使之尽早在我国国民经济及国防军工建设中发挥重要作用。

结论摘要：

三自由度永磁球形电动机的优点在于可以在空间任意方向进行定位、工作，大大减少目前工业领域中使用多个单轴电机完成多自由度运动的冗繁。一方面，目前国内外各类球形电动机的研究还停留在实验室阶段，许多理论和应用技术还处在探索之中。从技术的源头掌握最新的三自由度永磁球形电动机先进技术，对于突破研究技术瓶颈、促进高技术发展、国防军工技术研究，并缩短与国际先进水平的差距具有十分重要的意义。另一方面，对电机学科而言，永磁三自由度球形电机相关研究作为特种电机研究领域中一个新的充满活力的研究方向，将大大加深电机学科与其它相关学科的融会和交叉，符合电机学科发展的大趋势。 本项目的主要研究内容为（1）新型三自由度永磁球形电机的结构设计；（2）三自由度永磁球形电机的新型建模与仿真分析；（3）三自由度永磁球形电机的新型控制理论与策略。根据研究计划，本项目所取得的主要成果如下（1）完成永磁球形电动机的结构优化设计，对电机电磁线圈、永磁体结构等进行优化设计；（2）针对新型永磁球形电动机基本结构，采用卡尔单角坐标变换以及拉格朗日方程法，分析和提出考虑不确定因素的球形电机动力学模型；（3）提出基于支持向量机的非参数建模方法，结合遗传算法对永磁球形电机本体结构参数进行优化设计；（4）提出基于磁场参数的永磁球形电动机位置检测方法，分析转子永磁体磁场及通电线圈对磁场检测点磁感应强度的影响；（5）分析基于单光学传感器和滑轨支架的球形电机转子位置测量方法；（6）在忽略不确定因素的情况下，针对新型三自由度永磁球形电动机，提出基于反馈线性化自适应模糊轨迹跟踪控制方案；（7）在考虑不确定因素的情况下，提出基于模糊逻辑的摩擦补偿自适应轨迹跟踪控制方案和基于神经网络的自适应轨迹跟踪控制方案。 经过一系列的研究，本项目得到三自由度永磁球形电机在新型结构、数学模型、系统建模、转子位置监测、智能控制等方面的理论和技术方案，完善了研究体系，为今后相关研究打下坚实基础，也为我国在三自由度永磁球形电动机的研究方面缩短了与国际水平的差距。