主动磁力轴承是利用磁力作用将转子悬浮于空间,使转子和定子之间没有机械接触的一种高性能轴承。它是集机械学、转子动力学、控制工程、电磁学和计算机科学于一体的最具代表性的机电一体化产品。与传统的滚珠轴承、渭动轴承以及油膜轴承相比,具有无机械磨损、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无污染等一系列优点。它在能源交通、机械工业、航空航天、机器人等高科技领域具有广泛的应用前景。 为了实现磁力轴承系统中转子的位置控制,需要建立一个闭环的位置反馈控制系统。目前多采用位移传感器,但由于位移传感器的存在,使磁力轴承的轴向尺寸变大,系统的控制器设计复杂,动态性能降低,而且成本高,可靠性低,这些都大大限制了磁力轴承在工业上的推广应用。为了克服使用传感器带来的一系列缺点,国际上出现了一个新的研究方向——自检测磁力轴承(Self-sensing Magnetic Bearing)。自检测磁力轴承系统中转子位移是根据电磁铁线圈上的电流或电压信号而得到的,因不需要位移传感器,自检测磁力轴承具有一系列的优点。 本文对自检测方法和自检测原理进行了描述,并对小信号注入测试法和差动变压器测试法进行了详细分析和数学推导。在理论分析的基础上,对适用于较大功率输出的差动变压器测试法进行了系统设计和仿真。仿真表明,利用差动变压器测试法可以准确获取转子的位移信息,并实现转子的稳定悬浮。 功率放大器是磁力轴承系统的一个重要部件,它根据控制器的输出在磁力轴承定子线圈中产生成比例的电流信号,以产生所需要的电磁力。功率放大器是控制器控制命令的执行者,它的性能对整个系统有着重要影响。为提高自检测磁力轴承系统的性能,本文根据三态功放的理论,采用移相的方法设计了适用于差动变压器测试法的三态控制功率放大器和三态偏置功率放大器。仿真和实验研究表明,所设计的功率放大器比普通两态功率放大器具有更优良的性能。