- 背景
磁悬浮电机是集机械学、力学、控制学、计算机科学、电子学、和电磁学等学科为一体的机电一体化产品[1]，磁悬浮电机目前已经得到了世界诸多国家，如德国、日本、瑞士的学者的重视。磁悬浮电机由于其特性因此具有许多传统电机不具备的优势，如无摩擦、无磨损、无需润滑，其功率消耗和产生噪声极低，产生振动小，使用寿命长，并且能适用于各种各样的复杂工作环境[2]。由于上述这些长处，因此磁悬浮电机有着非常好的运用前景，遍及化工产业、半导体产业、航空航天和生命科学等领域[3]。
混合磁悬浮轴承由永磁体、转子、永磁体等部件组成。其工作原理是利用永磁产生静态偏置磁场，电磁线圈则作为转子偏移时调整转子的依托。混合磁悬浮轴承的静态偏置磁场由永磁铁产生，故线圈和通电电流的大小可以减小，因此这种类型的磁悬浮轴承电磁线圈适用于体积小、微型化的场合[4]。传统电机轴承在高转速情况下会产生振动与噪声，同时轴承的磨损也会加剧，磁悬浮轴承给这一问题带来了很好的解决方案，因其轴承的转子与定子之间不接触，故由摩擦带来的一系列问题也不复存在。
- 磁悬浮电机研究发展状况
现代磁悬浮技术始于1957年法国Hispano-Suiza公司的一个利用电磁铁和传感器来制作主动磁悬浮系统的设想[5]。
南京工程学院电力工程学院和江苏大学电气信息工程学院的周云红，孙玉坤，袁野[6]以新型的双定子磁悬浮开关磁阻电机为研究对象，研究基于转矩绕组动态电感模型的无位置传感器控制技术。由于转子偏心将影响绕组的互感磁链，且这种影响关系导致难以建立精确的解析模型，因此他们以 Ansoft/Maxwell 2D为基础，在不同径向偏心下分析并记录了互感磁链，从而有效计及了不同转子径向偏心状态的影响。鉴于电机结构具有对称性，所以其仅在第I象限以及x和 y正半轴上共选取了 14个典型位置，记录互感磁链，其余位置的数据通过类比得到，以减少需要储存的互感磁链数据。最后在双定子磁悬浮开关磁阻电机起动时，利用转矩绕组电压脉冲激励法确定转子的初始位置。
Morrison, Carlos R.,Siebert, Mark W.,Ho, Eric J [7]在一种新型混合磁轴承开关磁阻电动机（MBSRM）中对混合转子上的电磁力负载进行分析和实验测量，MBSRM具有开关磁阻电动机和磁轴承的组合特性。Morrison, Carlos R.,Siebert, Mark W.,Ho, Eric J对转子磁极进行了静态扭矩和径向力分析，以实现转子上的最大和最小径向力载荷。目的是评估简单的一维磁路分析是否足以对该机器进行初步评估，该机器可能表现出强烈的三维电磁场行为。在制定电磁径向力方程时，采用两个磁路几何结构，近似于混合转子内部和周围磁场的复杂拓扑结构。实验和理论径向力载荷预测与应用于预测的典型磁轴承降额因子相当吻合。
广东工业大学的麦智伟[8]根据磁悬浮高速电机的特点，对电机整机进行布置和设计。然后对外壳、转子轴等重要零部件的材料进行选择，并基于机械理论对转子的轴径等参数进行了计算和验证。其次，基于机械强度设计理论对转子的强度进行理论解析，用厚壁圆筒理论，分析了温度对转子护套过盈量的影响，以及转子转速对过盈量的影响。然后利用ANSYS计算转子在转速和环境温度影响下的应力分布，根据得到的转子护套应力分布云图和永磁体表面压力图，最终提出合理的过盈量。最后对电机的损耗温升情况进行分析与研究，根据计算得到的生热率和散热系数，在有限元软件中模拟出电机内部的温升情况。经过30000r/min磁悬浮高速电机样机的初步试验，验证了仿真结果和理论分析的正确性。
浙江大学的李鹏飞[9]建立了单自由度系统和径向四自由度磁悬浮高速电机系统的数学建模，并在PID控制算法前提下提出了基于内模控制器的PID（即IMC-PID）控制器设计方法，将三个参数的调节减少到一个，便于实验调试。建立了考虑不平衡时磁悬浮高速电机系统的数学建模，并在Matlab/Simulink软件中进行了仿真分析。在此基础上，研究了两种不平衡振动控制算法：采用自适应变步长LMS算法反馈不平衡振动控制和基于自适应陷波器的变极性不平衡振动控制方法，并在频率匹配、频率失配、存在噪声等条件下进行了仿真分析。最后，介绍了以dSPACE为核心的磁悬浮高速电机系统试验平台的硬件和软件设计。通过静态悬浮试验和抗干扰试验验证了IMC-PID控制方法的有效性。并通过在线模拟调试和试验证明了本文提出的两种不平衡振动控制方法的有效性。
哈尔滨工程大学的曹飞[10]在分析了系统基本组成和工作原理的基础上，建立了转子系统的动力学模型。在对转子系统按照不同运行状态进行了分类，并在分析理论研究现状的基础上，提出了适合于研究对象的状态评估标准构建方案。基于振动信号的实时状态分析，对磁悬浮转子系统的运行状态展开了研究。通过小波变换分析，得到了适合于系统的降噪处理方式，并采用三种分析方法对影响转子系统实时状态的参数进行了提取分析。通过分析转子系统在启动、加速、稳定以及降速四种情况下，上、下径向轴承以及轴向轴承处的位移变化量，计算得到转子系统在各工况下的设计运行状态标准。基于Visual Studio C#开源平台，设计了磁悬浮转子系统状态监测系统，并在飞轮储能系统上验证了平台的可靠性。
长安大学的石震，杨志强，马骥[11]提出了一种利用磁悬浮陀螺双位置采样数据特征进行异常数据检测、剔除的数据处理方法。文章以磁悬浮陀螺双位置寻北技术为依托，通过对不同寻北方位与双位置寻北观测数据间的回归分析建立了磁悬浮陀螺的双位置数据特征函数模型，并据此结合回归方程的预测置信区间实现了对磁悬浮陀螺寻北异常数据的检测。但受到陀螺仪和地域不同的限制，往往需要重新构建陀螺双位置特征函数模型。
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