摘要：针对永磁球形步进电机的特殊结构和旋转特点，首先进行位置检测系统的数学建模。对于转子球体目标节点的高密度计算问题，采用多任务并行混沌搜索的方法，同时采用适合并行计算的片上网络(noc)硬件结构来实现，讨论当前任务下功耗优先的iyoc映射问题。仿真结果表明多任务并行搜索的效率要比串行搜索效率高得多，基本达到预期目的，为今后的fpca设计和位置检测的实时性研究提供依据。

关键词：球形电机；noc；映射；并行搜索；效率

中图分类号：tm383. 6    文献标志码：a    文章编号：1001-6848(2010)06-0043-05

    国内外多自由度电动机类型有多种，美国hopkins大学设计研制了一种永磁步进球形电动机以其体积小、重量轻、力能指标高、控制简单等优点而成为目前****有应用前途的一种结构类型。其结构改进与各关键技术正在不断的探索中，其中球形电机转子的位置检测是控制系统中的关键技术之一，是制约球形电机理论研究和实际开发的瓶颈，cregory s chirikjian等人在文献[5]中提出了数学近似计算只适用于邻域的方法，文献[6]中改进的遗传算法可以跳出局部搜索，但是计算量太大且不易并行实现，寻找一种高效的位置检测方法和硬件实现是目前迫切需要解决的问题。本文采用适于多任务并行处理的分区间混沌搜索方法，同时采用noc网格结构的井行资源来处理高密度运算的问题，大大提高了全局****解的搜索效率。

  对转子位置进行检测，先要按照随机编码方式，用m个随机点在转子表面用黑、白两种颜色进行编码，定子上固定的96个光电传感器反馈信号给处理器，忽略传感器的分辨率，传感器接收的信号与转子的方位角一一对应。

  令球心坐标为三维坐标原点，球半径为l，电机的转子和定子位于同一球面。ivlatlab仿真该电机模型定子线圈与传感器的位置如图l所示。

  永磁球形步迸电动机具有独特的三维结构，在实坐标空间r3中，保持原点不变的所有的转动变换构成三维转动群，群元为转动矩阵a，用广义欧拉角α、β、θ标记，分解为各单参数子群元的乘积，表示坐标系之间的变换关系：

式中，rx(α)为绕x轴转角，ry(β)为绕新的y轴转卢角β,rz(γ)为绕新的z轴转角γ。

    对于不存在求解方法的问题，一般把可能的解表示为状态，设置系统的初始状态为旋转前的传感器输出，目标状态为未知位置的传感器输出cn。转子球面与定子之间的气隙忽略不计，认为传感器坐标也在球面上。

 

    给定一个传感器输出向量cn，设置函数：

式中，n为传感器的个数。问题没有****的解，因为96个传感器最多有2可能的组合，转子却有无穷多个旋转方向。问题实际上变为：找到一个旋转角度bo，使其满足：

  误差esp取决于传感器的分辨率或系统允许的精度。

  转子旋转时目标函数以剐与角度的二维关系如图2所示，中间区域近似线性变化，文献[5]正是对落在这一区域的解采用了数学计算。

  混沌优化算法利用混沌的遍历性将混沌状态引入到优化变量中，这种方法当搜索空问大时效率较低。改进的混沌优化算法采用一种适合于多处理器并行搜索的方法，将优化变量的取值范围细分为若干个等距区间，在各个子区间内并行搜索，搜索范围大大缩小。