刘亚婷，张 剀，徐 旸

（清华大学工程物理系，北京 100084）

飞轮储能是一种新型高效的机械储能技术，能够将电能、风能、太阳能等能源转化为飞轮的旋转动能，进而加以储存。目前飞轮储能向着高能量密度、高转速方向发展，面临着较高的技术难度，包括飞轮复合材料及结构技术、磁轴承技术等[1-4]。而旋转机械的功率密度要求不断地提高，促使转子工作转速不断提高，转子的轴承跨度增大，这些设计参数的调整使得转子的工作转速不得不超过转子弯曲临界转速，而在过临界过程中，转子自身不平衡引起的强迫振动幅度将明显增大甚至直接导致系统失稳。转子要越过临界转速工作，必须及时衰减临界转速附近的转子振动幅度，才能够实现稳定的过临界。

电磁轴承支承特性可随频率进行调整的特点使得转子的刚度与阻尼系数可控，但系统带宽等因素的限制对弯曲临界转速附近的转子动平衡提出苛刻的要求。为获得相位超前的电磁控制力，控制器参数也需要精细地调整，而控制器参数的调整受到其他振动模态、系统噪声水平等各种因素的制约，实际系统中要获得足够的电磁阻尼力，往往非常困难。

本文针对磁轴承转子越过一阶临界转速存在的问题与风险，基于同步控制思想，提出同步阻尼控制法：基于位移传感器检测到的同频位移信息，在控制回路中叠加具有特定增益与相位的正弦信号，直接生成具有超前相位的电磁力，等于为转子提供纯阻尼力，有效控制转子在弯曲临界附近的不平衡响应。……