题目：高速磁悬浮电机转子低频颤振问题分析与实验研究

        磁悬浮电机采用磁悬浮轴承代替传统的机械轴承，具有无机械磨损、无需润滑、电磁力可控等优点，被广泛应用到诸如磁悬浮鼓风机、磁悬浮压缩机等高速旋转机械装备领域。相比传统的旋转机械装备，磁悬浮电机通常需要运行在高转速下才能提升整机系统节能效率等的性能指标。随着转速的升高，转子需求电流的增大，功放输出电流变化率逐渐减小，趋向饱和，致使磁轴承输出电磁力滞后于实际需求力，从而造成磁悬浮电机转子在低频域的颤振增大，高速时的不稳定性增加。本文以磁悬浮电机的磁悬浮转子为研究对象，对其高速时低频域的颤振抑制方法进行研究，完成以下创新性研究工作。

       (1) 针对磁悬浮电机转子在高速时出现的低频颤振问题，构建磁悬浮电机转子仿真模型，分析低频颤振的成因，总结出致使磁悬浮电机转子在高速时出现低频颤振的影响因素，为进一步研究低频颤振的抑制问题提供了相应的理论依据。

       (2) 介绍了磁悬浮轴承控制系统的硬件结构和软件算法，重点介绍了硬件结构中的主控制器电路、信号调理电路、电压转换电路和外围接口电路及DSP和FPGA中的软件算法。通过分析DSP和FPGA的程序执行流程，得出磁轴承控制系统中存在计算延时，且此计算延时影响功放环节，进而造成磁悬浮转子高速时出现低频颤振。为此，需消除控制系统计算延时。

       (3) 以磁轴承控制系统计算延时为研究对象，建立其数学模型，分析控制系统计算延时对磁轴承系统功放环节相位的影响，得出磁轴承控制系统计算延时的存在会致使磁轴承系统功放环节相位滞后加剧，导致磁悬浮电机转子高速时的稳定性降低。针对不对称电流检测电阻网络补偿功放环节相位滞后方法在磁悬浮电机的磁轴承控制系统上运用的局限性，深入分析磁悬浮电机磁轴承控制系统计算延时存在的原因，提出基于软件方式的功放环节相位补偿方法，以此来抑制磁悬浮电机转子的低频颤振，提高其在高速时的稳定性。实验结果表明，该方法将磁悬浮电机转子高速时的相位滞后减小了20°。

       (4) 针对传统型干扰观测器的缺陷及磁悬浮电机转子高速时低频颤振活跃于低频域的特点，利用改进型干扰观测器对低频颤振进行观测，并在控制器中对其进行消除，达到抑制磁悬浮电机转子高速时低频颤振的目的。实验结果表明，该方法将磁悬浮电机转子高速时的低频增益减小了8.7dB，跳动量减小了16μm。

       (5) 介绍了磁悬浮电机磁轴承功放系统，针对分立元件系统存在的缺陷，对两种新型集成功放进行了研究，根据各自的应用电路及实验结果，对其优缺点及待改进之处进行了论述。