摘要：針對永磁球形步進電機的特殊結構和旋轉特點，首先進行位置檢測系統的數學建模。對于轉子球體目標節點的高密度計算問題，采用多任務并行混沌搜索的方法，同時采用適合并行計算的片上網絡(noc)硬件結構來實現，討論當前任務下功耗優先的iyoc映射問題。仿真結果表明多任務并行搜索的效率要比串行搜索效率高得多，基本達到預期目的，為今后的fpca設計和位置檢測的實時性研究提供依據。

關鍵詞：球形電機；noc；映射；并行搜索；效率

中圖分類號：tm383. 6    文獻標志碼：a    文章編號：1001-6848(2010)06-0043-05

    國內外多自由度電動機類型有多種，美國hopkins大學設計研制了一種永磁步進球形電動機以其體積小、重量輕、力能指標高、控制簡單等優點而成為目前****有應用前途的一種結構類型。其結構改進與各關鍵技術正在不斷的探索中，其中球形電機轉子的位置檢測是控制系統中的關鍵技術之一，是制約球形電機理論研究和實際開發的瓶頸，cregory s chirikjian等人在文獻[5]中提出了數學近似計算只適用于鄰域的方法，文獻[6]中改進的遺傳算法可以跳出局部搜索，但是計算量太大且不易并行實現，尋找一種高效的位置檢測方法和硬件實現是目前迫切需要解決的問題。本文采用適于多任務并行處理的分區間混沌搜索方法，同時采用noc網格結構的井行資源來處理高密度運算的問題，大大提高了全局****解的搜索效率。

  對轉子位置進行檢測，先要按照隨機編碼方式，用m個隨機點在轉子表面用黑、白兩種顏色進行編碼，定子上固定的96個光電傳感器反饋信號給處理器，忽略傳感器的分辨率，傳感器接收的信號與轉子的方位角一一對應。

  令球心坐標為三維坐標原點，球半徑為l，電機的轉子和定子位于同一球面。ivlatlab仿真該電機模型定子線圈與傳感器的位置如圖l所示。

  永磁球形步迸電動機具有獨特的三維結構，在實坐標空間r3中，保持原點不變的所有的轉動變換構成三維轉動群，群元為轉動矩陣a，用廣義歐拉角α、β、θ標記，分解為各單參數子群元的乘積，表示坐標系之間的變換關系：

式中，rx(α)為繞x軸轉角，ry(β)為繞新的y軸轉盧角β,rz(γ)為繞新的z軸轉角γ。

    對于不存在求解方法的問題，一般把可能的解表示為狀態，設置系統的初始狀態為旋轉前的傳感器輸出，目標狀態為未知位置的傳感器輸出cn。轉子球面與定子之間的氣隙忽略不計，認為傳感器坐標也在球面上。

 

    給定一個傳感器輸出向量cn，設置函數：

式中，n為傳感器的個數。問題沒有****的解，因為96個傳感器最多有2可能的組合，轉子卻有無窮多個旋轉方向。問題實際上變為：找到一個旋轉角度bo，使其滿足：

  誤差esp取決于傳感器的分辨率或系統允許的精度。

  轉子旋轉時目標函數以剮與角度的二維關系如圖2所示，中間區域近似線性變化，文獻[5]正是對落在這一區域的解采用了數學計算。

  混沌優化算法利用混沌的遍歷性將混沌狀態引入到優化變量中，這種方法當搜索空問大時效率較低。改進的混沌優化算法采用一種適合于多處理器并行搜索的方法，將優化變量的取值范圍細分為若干個等距區間，在各個子區間內并行搜索，搜索范圍大大縮小。