1 磁悬浮轴承研究的目的及意义
传统轴承与转子间存在机械接触，因此会产生摩擦损耗，震颤，噪音，亦需要润滑。而磁悬浮轴承依靠电磁力将转子悬浮在工作位置，不存在机械接触，克服了上述问题，这极大地延长了轴承的工作寿命，而且能达到更高的转速。磁轴承解除了对润滑的依赖，扩展了轴承的应用范围，使得其能适用于真空，非纯净介质，净室无菌车间等对污染敏感的环境，具有较为广阔的应用前景。且根据分析，更高的能量效率，更少的维护需求，润滑和冷却系统的移除也带来了更好的经济效益。
磁轴承的控制系统通过在系统中安装传感器检测转子的位移，采集到的位移信号与预设平衡位置对比，其偏差作为控制系统的输入量来实现对电磁力的控制，为转子提供适当的支撑力，并以此使转子悬浮在预定的位置范围内。但由于磁轴承的本质为多输入多输出的非线性系统，因此磁悬浮轴承的控制技术一直是磁悬浮技术的研究重点，控制技术的改进对提高磁悬浮轴承的工作性能起到了重要作用。
2 磁悬浮轴承控制系统研究现状
2.1国内研究现状
南京航空航天大学的张浩[1]设计了车载飞轮电池的机械结构，并对车载飞轮电池进行了能耗分析，得到了飞轮转子、磁悬浮轴承电控系统和磁悬浮轴承三者的能量损耗来源，并提出了相应的降低能量损耗的方法。根据飞轮转子陀螺效应设计了交叉反馈控制策略，建立了飞轮转子的数学模型，采用交叉反馈控制策略实现转子各自由度的解耦，并通过虚拟样机技术分析交叉反馈控制策略对飞轮转子的控制的动态性能，其中主要分析了转子在升速和抗干扰性两方面的控制效果。
通过与在PID控制方式下转子的动态性能进行对比，得到交叉反馈控制策略作用下的转子在升速时具有更低小的转子振动量，尤其是在下径向轴承位置转子能够达到更好的回转精度，而在抗干扰性方面也是交叉反馈控制策略具有更好的抗干扰能力。分析了磁悬浮轴承电控系统中偏置电流对磁悬浮轴承工作性能的影响，设计了变偏置电流控制策略，通过ANSYS Workbench和敲击实验对转子进行模态分析，并对其转速区间进行划分，在不同转速范围设计了不同的偏置电流，得出采用变偏置电流控制策略能够使磁悬浮轴承电控系统的综合性能得到进一步的提升。
最后将两种控制策略结合，设计了基于变偏置电流方式的交叉反馈控制策略下的电控系统，完成了高速旋转试验，得出交叉反馈控制算法能够更好地抑制飞轮转子在告诉旋转中的振动振幅，尤其在飞轮转子启动时能够大幅度抑制飞轮转子的振动。而在交叉反馈控制算法的基础上加入变偏置电流控制算法能够有效降低飞轮转子在越过临界转速时的振幅。
东南大学的黄林川[2]对五自由度磁悬浮储能飞轮系统的控制策略进行分析，得出分散控制系统与集中参数的状态变量控制方式相比即便精度略微有些下降，但是其性能的降低几乎没有变化。通过对单自由度和多自由度磁悬浮系统的动力学分析建立了相对应的数学模型，采用分散的PID控制算法设计了一套模拟PID控制系统，并通过MATLAB进行了控制参数的整定、时域和频域的仿真分析。通过增加局部反馈的方式增强了系统的稳定裕度，加快了响应时间，提升了控制性能，使系统具有较强的鲁棒性。进一步研究了磁悬浮轴承放大器的工作要求，对多种功率放大器进行对比分析研制出一种新型的PWM开关功放，通过对开关功放的拓扑结构、驱动形式及器件选择的分析得出其显示响应迅速，功放线性度较好。最终开发了一套基于TMS320LF2407的数字控制系统，设计了包括EPM7128s的PLD可编程电路、外部拓展存储器电路和滤波电路等硬件系统的外围电路系统，分析了DSP系统的工作流程和具体细节，并对整套系统进行了调试测试。
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