北京航空航天大学在国家"863-2"重点项目"控制力矩陀螺研制"的资助下开展了磁悬浮支承的控制力矩陀螺的研制,转子-主动磁悬浮轴承控制系统的稳定性研究是其中非常重要的部分,它关系到控制力矩陀螺能否正常工作.本文研究现有控制系统结构下各环节参数与系统稳定性之间的关系.一般认为转子-磁轴承控制系统可以等效为质量-弹簧-阻尼系统,本文研究了转子-磁轴承控制系统与二阶系统等效的问题.研究表明,系统只有在PID控制器工作在高频段或者系统工作在低频段但不含有积分环节时才可以等效为二阶系统.在此基础上,研究了主动磁轴承的等效刚度和等效阻尼与控制系统各环节参数的关系和系统的共振频率和共振幅值与等效刚度和等效阻尼的关系,进行了实验验证,并根据需要的共振幅度和共振频率设计了控制器参数,实验结果证明所设计的控制器达到了预期的要求.工作时陀螺转子运行在高速,不可避免的带来的陀螺效应影响着系统的稳定,本文分析了转子-磁轴承控制系统的各种内部和外部激励下的响应,特别是有干扰力矩时的转子响应,分析了系统参数对高速转子稳定性的研究.要提高系统分析的精度,必须得到系统各个环节的模型和参数.转子-磁轴承控制系统包括电磁铁、功率放大器、传感器和控制器,其中模型结构和参数最不易得到的是电磁铁和功放,本文采用变换电磁铁角度的方法测量电磁轴承的电流刚度和位移刚度,采用子空间法辨识功放的模型,并通过不加入交叉控制的章动失稳和加入交叉控制的章动失稳频率验证模型结构和参数的正确性.本文建立了基于matlab Simulink的分析模型,模型中包括转子-磁轴承控制系统的所有环节,可以方便地求出整个系统的传递函数、状态空间模型、零极点分布以及在各种扰动情况下转子的输出,从中观察系统的稳定性、暂态过程、稳态过程和保护轴承的影响.转子的运动可以分为平动和转动,目前本项目使用分散控制,无法针对转子的这两种运动设计控制器,本文讨论了解耦控制算法,可以将控制器划分为平动控制器部分和转动控制器部分,简化了控制器的设计.本文的研究工作同时得到民用航天重点预研项目"卫星新型姿控/储能两用飞轮的研制"和总装"十五"预研项目"惯性动量轮技术"的资助.