刘宇轩，吴国辉，陈亮亮

（南昌航空大学 信息工程学院，南昌 330063）

引 言

高速飞轮储能系统具有使用寿命长、储能密度高、高效率、无污染等优点，是一种具有广泛发展前景的电能储存方式[1-3]。主动电磁轴承具有动力特性可控、无机械接触、寿命长、损耗低、无需润滑等优点，是高速飞轮储能系统中最常用的转子支承结构[4-6]。主动电磁轴承常采用差动控制方式，即在同一个自由度上有两个对置的磁铁在同时工作，这两个电磁铁具有相同的恒定偏置电流，偏置电流与控制电流进行差分运算后再分别驱动两个电磁线圈。这种差动布局使得正向力和负向力都能产生，有利于改善电磁轴承系统的动态性能。由于恒定偏置电流的存在，即便是控制电流为零时电磁轴承也存在一定电能损耗。为减小偏置电流产生的电能损耗，国内外学者做了一些研究工作。Brown等[7]和Ishida等[8]分别研究了电磁轴承零偏置控制方式，并通过试验验证了算法的有效性。Johnson[9]在博士论文中也研究了零偏置和低偏置控制方式。Hu等[10]提出了一种最优电流分配的低偏置控制方法。Sahinkaya等[11]研究了节能最优的变偏置电流控制方法。这些算法能够通过较低的偏置电流实现电磁轴承转子系统的稳定悬浮，节约了电能，但算法较为复杂，实现困难。

本文研究了一种自适应偏置差分控制方法，首先介绍了算法的基本原理，然后利用控制理论分析了该方法的稳定性，最后通过仿真验证了该算法的控制性能，详细分析了电磁轴承飞轮转子系统在阶跃信号及正弦信号扰动下转子的运动轨迹和电磁轴承线圈的电流特性。……