本书从结构设计、磁场与力矩建模、转子姿态检测、运动控制等多个层面，系统介绍了三自由度永磁球形电动机的统一理论、研究体系与方法，是编者团队十多年研究成果的提炼和总结。
球形电动机面世几十年来，由于研究工作者遵循各自的研究对象与方法，导致球形电动机理论研究缺乏系统性。本书在回顾球形电动机主要研究内容及基础核心问题的基础上，以几种规格、拓扑结构样机的研究内容为主线，按照理论分析、仿真对比、实验验证的思路，论述了球形电动机研究的理论体系及方法。
本书适用于从事电机设计、电机电磁场分析、特种电机及电机控制等研究方向的博士与硕士研究生，以及电机工程和相关领域的科研人员。

前言
第1章 绪论
1.1 球形电动机概述
1.2 国内外关于球形电动机的研究发展
1.2.1 球形电动机拓扑结构的研究发展
1.2.2 球形电动机姿态检测的研究发展
1.2.3 球形电动机运动控制策略的研究发展
第2章 永磁球形电动机的基本结构与优化设计
2.1 永磁球形电动机的基本结构与参数
2.1.1 采用圆柱形永磁体的球形电动机
2.1.2 采用台阶式永磁体的球形电动机
2.1.3 采用Halbach阵列永磁体的球形电动机
2.2 永磁球形电动机单定转子磁极对矩角特性建模
2.2.1 样本数据选择
2.2.2 基于BP神经网络的单定转子磁极对矩角特性建模
2.2.3 基于遗传算法优化的BP神经网络单定转子磁极对矩角特性建模
2.2.4 基于粒子群优化算法的BP神经网络单定转子磁极对矩角特性建模
2.3 永磁球形电动机结构参数优化
2.3.1 以单定转子磁极对输出转矩最大为目标的结构参数优化
2.3.2 以输出转矩最大、线圈功耗最小为目标的结构参数优化
2.4 本章小结
第3章 球形电动机磁场模型与力矩模型
3.1 永磁球形电动机的磁场模型
3.1.1 基于等效面电流的磁场模型
3.1.2 基于球谐函数的磁场模型
3.1.3 基于等效磁网络法的磁场模型
3.2 永磁球形电动机的力矩模型
3.2.1 基于洛伦兹力的力矩模型
3.2.2 基于转矩线性叠加的力矩模型
3.2.3 基于数据驱动的力矩预测模型
3.3 本章小结
第4章 永磁球形电动机的转子姿态检测
4.1 基于MEMS的转子姿态检测
4.1.1 基于MEMS的转子姿态检测系统构成
4.1.2 MEMS数据采集与误差处理
4.1.3 基于MEMS的转子姿态检测实验
4.1.4 基于MEMS的转子姿态检测的优缺点
4.2 基于机器视觉的转子姿态检测
4.2.1 基于高速摄像机和光学特征点的转子姿态检测系统构成
4.2.2 基于高速摄像机和光学特征点的转子姿态检测原理
4.2.3 基于高速摄像机和光学特征点的转子姿态检测实验
4.2.4 基于IFDSST算法的转子姿态检测系统构成
4.2.5 基于IFDSST算法的转子姿态检测原理
4.2.6 基于IFDSST算法的转子姿态检测实验
4.2.7 基于OpenMV的转子姿态检测系统构成
4.2.8 基于OpenMV的转子姿态检测原理
4.2.9 基于OpenMV的转子姿态检测实验
4.2.10 基于图像处理的转子姿态检测的优缺点
4.3 基于光学传感器的转子姿态检测
4.3.1 基于双光学传感器的转子姿态检测系统构成
4.3.2 基于双光学传感器的转子姿态检测系统原理
4.3.3 基于双光学传感器的转子姿态检测实验
4.3.4 基于单光学传感器的转子姿态检测方法
4.3.5 基于三光学传感器的永磁球形电动机转子姿态检测系统
4.3.6 基于光学传感器的球形电动机转子姿态检测方法的优缺点
4.4 转子姿态的磁敏检测方法
4.4.1 转子姿态磁敏检测方法的基本原理
4.4.2 球形电动机转子姿态解算原理与仿真分析
4.4.3 转子姿态磁敏检测实验
4.4.4 系统误差仿真分析
4.4.5 转子姿态磁敏检测方法的优缺点
4.5 本章小结
第5章 永磁球形电动机的运动控制
5.1 运动学分析
5.1.1 坐标系与旋转方式
5.1.2 正向运动学分析
5.1.3 逆向运动学分析
5.2 动力学分析
5.2.1 欧拉角速度与转子角速度
5.2.2 永磁球形电动机转子动力学模型
5.2.3 永磁球形电动机转子动力学模型的典型性质
5.3 永磁球形电动机的驱动电流求解
5.3.1 广义逆矩阵求解驱动电流
5.3.2 优化算法逆向求解驱动电流
5.4 永磁球形电动机的运动控制算法
5.4.1 基于名义模型的永磁球形电动机PD控制算法
5.4.2 考虑模型不确定性的永磁球形电动机自适应控制算法
5.4.3 考虑复合干扰的永磁球形电动机全阶滑模控制
5.4.4 基于自适应干扰观测器的永磁球形电动机终端滑模控制
5.4.5 带有延时补偿的永磁球形电动机自适应滑模轨迹跟踪控制
5.4.6 基于轨迹再规划的永磁球形电动机闭环控制
5.5 永磁球形电动机的运动控制系统测试平台
5.6 本章小结
参考文献