目前，对多自由度电机的结构进行了广泛的研究。作为一种多自由度执行器，三自由度电机的输出轴末端可以在工作空间内实现多自由度运动。球形电机作为一种三自由度电机，很难实现真正的三自由度。
以洛伦兹力球形电机矢量控制为基础，实现球形电机的三自由度控制Matlab该算法在平台上实现并使用Matlab该算法的上位机程序已经设计好了。球形电机电流控制器的设计同时完成。
通过计算机的帮助，提出了球形电机控制算法，完成了电机控制器的设计。
1 基于洛伦兹力矢量控制方法
南洋理工大学提出的电机模型[1-2]采用洛伦兹力法控制电机，结构如图1所示。电机转子有四个钕铁硼永磁体，放置在球转子赤道上，定子放置在赤道南北两侧±11°由两层线圈组成，每层均匀间隔8个线圈。
磁场中给定载流导体的洛伦兹力为：
首先获得输出轴初始坐标R1.预期输出轴到达的坐标R2.对应永磁体初始坐标P1.在永磁体周围有四个线圈坐标，并输入预期电流的权值。获取上述初始化数据后，设置Caculate按钮，输入后，点击按钮执行回调函数，检测永磁坐标是否超过四个线圈围绕的边界，否则报警，准确计算上述变量，使用Matlab许多库函数被计算为旋转轴n、洛伦兹在球面上力切矢量f、旋转角度?最永磁体最终旋转到坐标P2位置。如图3所示，系统流程图。
通过下位机D/A芯片产生电压控制输出电流，因此所需电流直接计算在上位机中D/A将芯片的控制字写入下位机。获得线圈电流后，电枢线圈的电流值作为全局变量传递给后一个函数Operate，该回调函数执行将上述电流转换为每个电流的控制字，并使用它Matlab中串口通信函数serial传递给下位机[5]。下位机DSP通过RS232接口电路获得上位机按顺序来发送过来的控制字完成控制。
3 球形电机控制器硬件设计
球形电机控制器的作用是使每个电流矢量产生的洛伦兹力在空间中形成的合力方向是球面的切割矢量，转子上的永磁体运动将沿着切割矢量的轨迹旋转。切割矢量的计算是由上述上位机程序获得的，因此球形电机控制器的硬件设计是双极电流源的设计。
DAC7714是四通道双极性12的高精度D/A转换器，通过DAC输出电压。通过典型的接法，可以独立输出4路不同的电压，输出电压范围为-5~5 V。DSP通过MAX232接收上位机发送的接收DAC当上位机发送控制字时，7714控制字，DSP接收控制字并组合进入中断。通过SPI接口发送到DAC7714中，DAC7714产生4个独立电压，并通过V-I将电路转换为相应的电流，以控制永磁体周围四个电枢线圈产生的洛伦兹力，DAC7714控制电路及V-I转换电路如图4、图5所示[6]。
利用基于洛伦兹力的球形电机矢量控制原理Matlab空间洛伦兹力矢量计算由强大的浮点计算功能完成。RS232通信模式完成了球形电机控制器的上下通信。下位机的硬件设计完成了所需的双极电流控制，具有良好的线性。结合上位机的洛伦兹力计算，球形电机的控制得到了很大的发展。
参考文献
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[2] LIM C K, CHEN I M.Electromechanical of a modeling permanent magnet spherical actuator based on magneticdipole-moment principle[J].IEEE Transaction On Idustrial Elecronic,2009,5(56):1640-1648.
[3] 雍爱霞、王群京、倪有源.基于四元数组的球形永磁步进电机控制研究[J].微电机，2006, 39(9):33-37.
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[6] 寇金桥.陈伟海.于守谦.球形电机电流控制器设计[J].2005年13(8)计算机测量与控制:790-792.