为了进一步提高磁悬浮控制系统的集成化,满足永磁偏置磁悬浮轴承对功率放大器需输出双极性电流的要求,本文研制了一款基于FPGA实现的双向数字功率放大器。首先运用傅里叶级数理论分析建立了双向开关功率放大器的数学模型,由闭环传递函数得功放系统为带零点的二阶系统,仿真分析了阻尼比及自然频率对功放动态性能的影响,为控制参数设计及试验参数整定提供了理论依据。采用MATLAB/Simulink建立了控制算法与硬件电路的联合仿真模型,验证了参数设计的正确性及软硬件实现的可行性。在此基础上,研究设计了以FPGA芯片为核心的双向数字功率放大器的硬件电路,采用高精度的AD芯片实现信号采样及高性能的FPGA芯片实现控制算法,提高了功放系统的集成度与控制精度。在软件设计方面,研究了电流环PI控制、三电平PWM调制等算法在FPGA中的编程实现并进行了仿真验证;根据试验分析,改进电流环控制算法,提高了功率放大器的动态响应性能;基于电流响应结果及傅里叶分析研究死区非线性的影响,根据死区效应的理论分析研究了死区补偿方法,试验验证了死区补偿机制的有效性,可减小死区非线性区间和电流响应的静态误差。对所设计的双向数字功率放大器进行了稳态及动态性能测试,试验结果表明此功放的输出电流纹波小、静态线性度好、系统带宽达1.8KHz,在较大的负载范围内均能保持良好的动态性能。将双向数字功率放大器应用于三自由度永磁偏置磁悬浮轴承实验台,进行了静态悬浮及动态旋转试验,实现了转子的稳定悬浮,转子最大振动位移为24μm,悬浮性能优良,在转速为3000r/min时,转子振动量在±30μm左右。