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磁悬浮轴承是一种新型、高科技前沿产品。它具有无摩擦、无磨损、无需润滑、无污染、能耗小以及使用寿命长等优点，适用于各种高速或超高速、真空等特殊环境场合。在军事、空间站、核工业、能源、化工、交通等领域具有广泛的应用前景。国际上对磁悬浮轴承的研究工作十分活跃。我国对磁悬浮轴承的研究始于60年代，由于种种条件的限制，目前，开发的多数产品还处于实验室阶段。 磁悬浮转子动态特性是磁悬浮轴承与转子动力学综合作用的结果，其好坏不仅决定悬浮能否实现，而且还直接影响其动态性能和转子的回转精度。磁悬浮转子系统的动态性能、刚度、阻尼及稳定性等的好坏则取决于所采用控制器的控制规律，因此开展对磁悬浮轴承技术及对其控制规律的研究，为磁悬浮转子技术应用于工业提供技术储备和可能性，具有重要的理论价值和现实意义。 本文主要研究工作如下: (1)分析了主动磁悬浮轴承转子系统的工作原理，并详细介绍了主动磁悬浮轴承转子系统的各部分结构及其力学模型。为深入研究磁悬浮转子系统的动力学特性及其控制系统奠定了理论基础。 (2)针对径向磁轴承各磁极间的磁耦合现象、电磁铁绕组磁场力受各种参数变化影响的情况，建立了径向磁轴承电磁场的有限元模型。基于该有限元模型，深入分析了径向磁轴承的磁耦合现象，并对不同偏心量与不同控制电流情况下的磁场力进行了计算。根据计算结果得出结论:通过采用对称结构、对称参数以及相邻磁极极性相同的方法，磁极之间的磁耦合可以忽略;当转子偏心时，磁极对的磁场力随转子两侧气隙的增大而减小;在一定范围内，磁场力随控制电流增大而增大;当偏心量一定时，控制电流对磁场力的影响近似为线性。所得结论有助于了解磁轴承定子和转子内部的磁场分布和磁力变化规律，对磁轴承的优化设计有着指导性的意义。 (3)建立了磁悬浮柔性转子的动力学模型，针对转子高速转动过程中存在的不平衡振动，提出了两种抑制不平衡振动的方法。一，提出振型影响系数法来对磁悬浮柔性转子进行动平衡研究，针对振型影响系数法的动平衡过程，开发了相应的计算软件，并对某磁悬浮转子进行了动平衡实验，验证了利用振型影响系数法进行动平衡能够很好地抑制磁悬浮转子的不平衡振动。二，提出在磁轴承电磁铁线圈中加入不平衡补偿电流的方法对转子的不平衡振动进行补偿，并对该不平衡补偿方法进行了计算机仿真和实验，结果证明该方法能够有效的抑制磁悬浮柔性转子的不平衡振动。本文所提出的两种抑制磁悬浮柔性转子不平衡振动的方法对提高磁悬浮转子的运动精度和稳定性，具有重要的应用价值。 (4)基于五自由度磁轴承转子系统的数学模型，针对转子的各个径向自由度间存在的惯性耦合和陀螺效应耦合，提出了相应的解耦策略。在解耦条件下，设计了一套磁悬浮轴承的数字控制系统。为了改善控制品质，对PID控制算法进行了改进，提出变速积分的四区间变参数PID控制算法，并对普通PID控制和该变参数PID控制方法进行了对比仿真实验。结果表明，所提出的变速积分的四区间变参数PID控制算法降低了超调，提高了响应速度，起到了积分校正的预期效果。对所设计数字控制系统做了实验研究，结果表明该磁悬浮轴承控制系统具有较高的悬浮精度和稳定性。 (5)针对传统磁悬浮轴承中高频的传感器信号与低频的控制信号之间相互耦合，传感器检测信号与磁轴承轴心位移存在误差等问题，提出了一种基于调幅法的磁轴承转子位置自检测方法。该方法不需要位移传感器，而是在电磁铁线圈上加入一个高频测试信号，通过测量由转子位移所引起的电感变化量来检测转子位置。基于磁轴承转子位置自检测的数学模型，对径向磁轴承的转子位置自检测系统进行了仿真，结果表明:所提出的基于调幅法的磁轴承转子位置自检测方法能够成功地检测出转子的位移，进而可以有效控制磁悬浮转子的运动。采用该自检测方法可减小磁悬浮转子的轴向尺寸，简化磁悬浮转子系统的结构，降低整个系统的成本。 通过以上研究，为磁悬浮轴承技术的发展，高速、高精度磁悬浮转子系统的设计、制造做出了有益的贡献，也为今后的深入研究工作打下了基础。