毕家钦，孙冬梅

(南京工业大学电气工程与控制科学学院，江苏 南京 211816)

磁悬浮轴承是一种新型轴承，它利用可控电磁力使转子稳定悬浮，主要应用于高速旋转场合，如离心机、空气压缩机等。与传统轴承相比，磁悬浮轴承具有低功耗、无摩擦、使用寿命长、环境污染小、噪声低以及可通过数字控制器实现各种复杂控制算法等优点[1－3]。磁悬浮轴承控制系统每个环节的变化都会对最终的控制性能造成影响，其中控制器的软硬件设计在控制系统中是决定轴承性能的关键环节[4]。当前国内使用的控制器主要是DSP 和FPGA，但是其价格昂贵且体积较大，硬件资源不能合理利用，对系统性能的提升有限，难以实现商业化应用[5]。而STM32F407 含有PWM、ADC 等多种工业应用和SPI、I2C、CAN、以太网等多种通信接口，使用STM32F407ZGT6 作为主控芯片设计的磁悬浮轴承数字控制器，不仅可以简化电路体积的复杂性，而且可以在减少系统成本的情况下保证控制系统的稳定性。

1 磁悬浮轴承系统介绍

1.1 系统结构

磁悬浮轴承系统分为机械部分和电控部分。电控部分主要由控制器、位移传感器、功率放大器、磁轴承和转子组成，机械部分主要是磁悬浮轴承本体。本文以实验室研制的主动磁悬浮轴承飞轮储能样机为实验对象，其两侧各有一个磁悬浮轴承。磁悬浮轴承系统共有六个自由度，分别是左侧磁悬浮轴承的X轴和Y轴，右侧磁悬浮轴承的X轴和Y轴，以及转子的Z轴和旋转。由于实验室磁悬浮轴承卧式放置，所以转子的旋转和Z轴可不受控制器控制。……