磁悬浮轴承是依靠电磁力悬浮支撑的轴承,较之于一般轴承,具有零摩擦、无需润滑、转子位移精度高、可支撑转速高、寿命长、转动性能可主动控制等优势,因此,磁悬浮轴承的应用已经涉及工业、航天、医疗、计算机等多个国家支柱产业。但由于复杂且昂贵的控制系统,磁悬浮轴承的应用难以得到工业化普及。为了提高综合控制性能,需要从磁场分布的理论角度进行建模分析。通过电磁场仿真发现磁极间存在磁路耦合,耦合程度与几何结构和励磁方式有关,磁路耦合会导致磁力误差从而影响控制性能,因此从磁轴承的几何结构设计入手,分析了不同定子几何参数下的磁场分布,研究了磁场分布对磁力的影响,建立考虑磁路耦合的磁力数学模型,由此提出一种解耦自适应控制策略以实现对磁力的精确控制。文章主要从几何结构、电磁场分布和磁路解耦控制三个方面对主动磁悬浮轴承展开研究。通过对不同的目标优化模型有限元电磁场仿真结果对比分析,发现磁场的分布不仅与励磁方式有关,几何结构对磁场分布的影响也不容小觑,不同几何参数下的磁场分布可能出现不同程度的磁路耦合和漏磁,其中绝大部分的非理想磁场以磁路在磁极间的耦合形式呈现,从而引起了实际电磁力的误差。因此需要进一步研究几何结构参数对磁路耦合影响,以及磁路耦合将如何影响磁力误差。建立了磁路耦合等效模型,并分析了磁路的耦合模式,提出耦合系数?作为磁路耦合程度的评价参数。在磁路耦合等效模型的基础上根据毕奥-萨伐尔定理建立了考虑磁路耦合的磁场分布模型,绘制出了定子磁场分布展开图。得到磁路耦合受几何参数影响的变化趋势。综合考虑电磁轴承的机械耦合和磁路耦合,建立了磁力误差动态数学参考模型,分别分析了耦合系数、转子偏移量和控制电流对磁力误差的影响,由分析结果得出,可以改变控制电流来补偿由于磁路耦合引起的磁力误差,并建立了以消除磁力误差为目的解耦控制策略。为实现自适应控制,设计了参数辨识模块和参数修正控制模块,根据时变的磁场分布和转子位移状态来调整参考模型中的动态参数,从而得到正确、实时的修正控制电流。通过对磁路耦合的理论分析,得到修正控制电流与磁力误差的先验模糊关系,建立模糊控制模型,进一步提高了控制的快速性、容错性和鲁棒性。分别对普通PID控制,解耦自适应控制以及模糊解耦自适应控制进行建模分析,结果证明了磁路解耦的重要性,也说明了自适应解耦容易获得更好的综合控制性能。通过物理实验,验证了理论模型的正确性,通过二自由度的静态悬浮实验和冲击实验证明了解耦自适应控制的优越性。