随着航天事业的飞速发展,能实现航天器姿态控制的多自由度运动电机的研究愈发受到关注。要实现航天器敏捷及精准的姿态控制,多自由度运动电机必须具备高转矩密度、低摩擦转矩、高转速、多自由度转速可控等特点。相较于其他几种多自由度运动电机,感应式球形电机在应用实现上具有较大的优势。但是由于其本身具有高度非线性及强耦合性,采用传统的电机建模及电机参数优化方法,在计算时间上无法满足多次迭代优化设计的要求。另外,采用传统的转子支撑方式及测速方法也无法满足航天器对感应球形电机提出的高转速、多自由度测速需求。针对上述问题,本文在对国内外各种球形电机研究的基础上,基于面向敏捷航天器姿态控制的实际应用,提出了一种新型结构的感应球形电机,采用基于支持向量机的非参建模方法,建立感应式球形电机的数学模型,并采用智能优化算法对电机参数进行优化,然后基于差分式电涡流传感器建立球形转子磁浮控制系统,并研究球形电机速度及方位测量的新方法,为实现多自由度球形电机在航天器上的敏捷姿态控制应用打下基础。本文的主要工作和创新点如下:（1）提出了一种紧凑型的感应式球形电机结构,利用有限元法建立球形电机的三维电磁场模型,并利用解析法建立球形电机转矩模型,分析电机各结构参数、气隙大小等对转矩特性的影响,为后续的支持向量机建模和电机模型参数优化提供基础。（2）提出了一种基于有限元分析结果的电机设计参数优化方法。基于小样本空间,应用支持向量机对球形电机输出转矩进行建模分析,并使用遗传算法对支持向量机模型参数进行优化,最后利用内点法对支持向量机的建模结果进行优化,得到最优的设计参数以及对应的输出转矩。（3）提出了基于差分式电涡流传感器的磁悬浮系统,设计了双PD控制器,采用极点配置法得到了磁悬浮控制器的参数,对控制器进行仿真分析,证明磁悬浮控制器的稳定性。（4）提出了一种球形转子的表面喷涂方案以及利用光电编码器对球形转子的位置以及旋转轴进行测量的方法。给出了理论建模过程,并分别利用解析法,斐波那契法和遗传算法,来计算模型最优解,并进行对比分析。