随着机器人、全景摄像仪等多自由度工业设备的大规模应用,能实现三自由度运动的永磁球形电机因其机械结构简单、定位精度高、响应速度快、有效改善系统的动态和静态性能等优点,开始受到国内外专家、学者的广泛关注。目前,针对该种类型的球形电机主要采用多刚体力学的建模方法,并在此基础上进行相应的控制分析与研究。然而永磁球形电机自身强耦合、非线性的特性导致上述方案始终存在建模繁琐、效率低下、误差较大等问题。近年来,随着计算机软件的不断发展,虚拟样机技术因其建模精度高、开发周期短、扩展性强等优点开始在复杂系统的建模领域得到广泛应用。因此,本文拟对永磁球形电机转子模型进行虚拟样机建模及优化,并在此基础上做进一步的动力学分析和跟踪控制研究。本文的具体研究工作如下：1.首先,简要介绍永磁球形电机样机的基本结构和材质组成,并基于实际样机参数,选用三维绘图软件Pro/Engineer对该永磁球形电机的转子进行立体建模、装配和约束。2.然后,将绘制好的模型导入到虚拟仿真软件ADAMS中,生成虚拟样机模型。并通过引入重力和摩擦优化该虚拟样机模型的设计,实现永磁球形电机转子动力学系统的三维可视化仿真,并进行动力学分析。3.同时,为了实现上述虚拟样机模型的动力学控制,本文基于ADAMS软件接口建立该永磁球形电机在MATLAB中的仿真模型,并结合爪形运动搭建联合仿真平台,实现动力学仿真。4.最后,基于该联合仿真平台,针对永磁球形电机转子动力学系统的跟踪控制问题,本文分别设计滑模控制以及动态面控制两种控制方案。其中：滑模控制能有效解决永磁球形电机动力学模型中的非线性耦合项问题,实现较好的控制效果。由于滑模控制存在抖振和控制参数较多等问题,为进一步提高跟踪系统的综合性能,本文利用动态面消除微分项的特点,在保证控制效果的基础上进一步简化控制器的参数设计,仿真结果证明了上述控制方案的可行性和有效性。