文 献 综 述

一．课题研究背景及其意义

磁轴承（磁悬浮轴承的简称）是利用受控电磁力将转子无接触地悬浮支承在空中的一种新型高性能轴承。与传统的机械相比，磁轴承不存在机械接触，具有无摩擦、无磨损、无需润滑、可靠性好和动态特性可调^[1]等特点，转子能够高速旋转，且只受转子材料强度的限制，同时可进行实时在线检测和主动控制，从而使转子控制系统达到很高的精度。近年来随着磁悬浮轴承技术的发展，其在很多领域得到广泛的应用，尤其对那些工作在高速和某些特殊环境(如低温或真空)下的旋转零件的支承更显示出其无比的优越性。

轴承是当代机械设备中一种重要的零部件，它的出现给机械制造带来极大的便利和提升。机械轴承大多数由内圈、外圈、滚动体、保持架组成，其主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保持其回转精度。而我们的研究对象磁悬浮轴承是利用磁力作用将转子悬浮于空中，与传统的机械相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，具有很多优点包括机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑^[1]等，尤其对那些工作在高速和某些特殊环境(如低温或真空)下的旋转零件的支承更显示出其无比的优越性。

磁悬浮轴承系统是一个开环不稳定系统，常规的PID控制器很难解决问题^[2]，因此反馈控制器常常应用于该系统。而反馈信号多通过传感器获得，这也就增加了成本以及安装的难度。因此如何不使用传感器也可以获得良好的控制性能一直以来都是学术界与工程界广泛关注的焦点。

本课题通过调研磁悬浮轴承系统控制的研究现状和发展趋势，研究磁悬浮轴承的基本结构和工作原理，建立磁悬浮轴承的数学模型，设计无传感器控制系统，并对其进行仿真分析，实现无传感器磁轴承状态反馈系统的实时控制。

二．发展趋势

传统的机械轴承会在工作过程中产生损耗，摩擦，同时由于机械轴承的工作环境的要求高，无法在低温和严酷环境下工作，使得机械轴承的使用受到了限制。一方面，在矿场等一些特殊场合，常规的机械轴承磨损大并且噪声大的缺点往往是致命的，严重的时候可能会引起爆炸，设备的损坏等，会带来极大的安全隐患和经济损失；另一方面，由于机械轴承的寿命短会给人们生活带来不必要的麻烦。

磁悬浮^[3]的概念是由英国剑桥大学的Eanshaw于1842年提出的，同时他还证明了铁磁体不可能仅由另一个永久磁铁支承而在六个自由度上都保持自由、稳定的悬浮，必须至少有一个白由度被机械或其它约束所消除。