球形电机作为一种新颖的多自由度运动装置,具有体积小、重量轻、响应速度快等优点,在航空航天、人体假肢、卫星姿态控制等新兴领域,有着广泛的应用前景,一直以来备受关注。但是,由于永磁球形电机特殊的三维结构,在实际应用中运动机理十分复杂。因此,本文针对一种三自由度永磁球形电机的运动轨迹及其通电方法展开研究。本文主要研究内容如下:1、介绍了永磁球形电机的基本结构,在此基础上分别建立了基于拉格朗日方程的数学模型和基于虚拟样机技术的物理模型。利用ANSYS软件分析了单个定子线圈与永磁体之间的转角特性,通过叠加原理完成了电机的电磁学建模。2、通过坐标变换、逆运动学求解以及插值计算,分别提出了基于正弦加速度函数的点到点运动轨迹规划方法和基于三次样条插值的连续运动轨迹规划方法。同时,利用ADAMS软件进行了转子运动轨迹的动力学仿真。仿真结果证实了轨迹规划方法的有效性。3、为了提高不同组合线圈通电时产生的电磁转矩,分别对其自旋转矩和倾斜转矩进行了分析。在此基础上,分别提出了点到点运动和连续运动的通电控制方法,建立了电流-转矩方程,分析了运动奇点,完成了通电线圈电流的计算和仿真。仿真结果证实了通电控制方法的可行性。4、搭建了永磁球形电机的实验控制平台,完成了点对点步进自旋运动、字母AHU倾斜运动以及球面螺旋运动等运动轨迹的通电控制实验。其中,基于STM32F407设计了硬件控制系统,采用MDK开发环境完成了软件设计,并利用LabVIEW软件建立了人机交互界面。实验结果进一步证实了本文所提通电控制方法的正确性。