电磁轴承凭借其无接触,无磨损,无需润滑等优异特性,在真空系统、高速透平机械、医疗器械等领域有广泛的应用。典型的主动式电磁轴承系统中,控制器通过位移传感器实时采集转子的位置信息,计算控制转子所需的电磁力,并通过功率放大器驱动电磁铁使转子受控悬浮。目前磁悬浮轴承领域的研究主要朝着超高速、高可靠性、低成本、小型化等方向发展。为了匹配高速磁悬浮轴承系统的测控需求,课题从新型的低成本位移传感器,高性能多核控制平台和低噪声开关功率放大器三个方面着手展开研究工作。位移传感器是高速电磁轴承系统中重要的组件之一,其直接决定了转子的控制精度。课题研究了一种新型的横向磁通传感器,其在低成本,小型化磁轴承中优势明显。课题建立了传感器的理论模型,并借助有限元软件建模仿真,对传感器探头线圈设计进行优化分析,探索出了一套适用的设计规律,并据此设计、构建了传感器测试平台。静态性能测试结果表明所制传感器灵敏度为38.94 mV/μm,线性度为1.87%,径向正交两自由度(X-Y)耦合度为2.14%,且理论带宽9.54 kHz,能够满足超高速电磁轴承的位移检测需求。该传感器被应用于某高速磁悬浮压缩机转子的位移检测,实现了静态稳定悬浮,且升速至12,000 rpm时仍保持稳定。控制平台是磁轴承系统的核心,日趋复杂的控制算法对其性能提出了更高的要求。课题研制了基于FPGA+DSP+ARM多核架构的磁轴承控制平台,其运算性能更强,比实验室上一代平台提升了约1.7倍。与传统基于DSP构建的控制平台相比,通过引入FPGA负责信号的输入输出及预处理,DSP可充分发挥其运算性能;引入ARM弥补了DSP外设扩展能力,加强了磁轴承系统的可控性与灵活性。功率放大器是电磁轴承执行器的重要组成部分。课题介绍了三电平开关功率放大器的工作原理,研制了一台电流型三电平开关功率放大器,增益2.04 A/V,带宽不低于1.35 kHz,电流纹波不高于工作偏置电流的1.60%,采用模块化设计,有效避免了强弱电干扰;通道数可按需组装,更具灵活性。课题所研制的多核架构控制平台和功率放大器被应用于一台高速磁悬浮氦冷压缩机,在40,000 rpm的转速下稳定运行,转子的回旋精度约为10μm,验证了整套电磁轴承测控系统的性能。