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文献综述
一、磁悬浮轴承简介
磁悬浮系统[1]，它是由转子、传感器、控制器和执行器4部分组成，其中执行器包括电磁铁和功率放大器两部分。假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置，这时传感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此，不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。
二、磁悬浮轴承的发展
利用磁力使物体处于无接触悬浮状态的设想由来己久，但实现起来并不容易。早在1842年，Earnshow就证明单靠永久磁体是不能将一个铁磁体在所有个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态的。然而，真正意义上的磁悬浮研究是从本世纪初的利用电磁相吸原理的悬浮车辆研究开始的。[2]
1937年，德国Kenper申请了第一个磁悬浮技术专利，他认为要使铁磁体实现稳定的磁悬浮，必须根据物体的悬浮状态不断地调节磁场力的大小，即采用可控电磁铁才能实现，这一思想成为之后开展磁悬浮列车和磁悬浮轴承研究的主导思想。同一时期，美国Virginia大学的Beams和Holmes也对磁悬浮理论进行了研究，他们采用电磁悬浮技术悬浮小球，并通过钢球高速旋转时能承受的离心力来测定试验材料的强度，测量过程中钢球所达到的最高旋转速度为r/min108.17。在这一转速下，钢球由于离心力的作用而爆裂，他们据此来推算材料的强度极限。这可能是世界上最早采用磁悬浮技术支撑旋转体的应用实例。[3]
伴随着现代控制理论和电子技术的飞跃发展，上世纪60年代中期对磁悬浮技术的研究跃上了一个新台阶。英国、日本、德国都相继开展了对磁悬浮列车的研究。磁悬浮轴承的研究是磁悬浮技术发展并向应用方向转化的一个重要实例。据有关资料记载：1969年，法国军部科研实验室（LRBA）开始对磁悬浮轴承的研究；1972年，将第一个磁悬浮轴承用于卫星导向轮的支撑上，从而揭开了磁悬浮轴承发展的序幕。此后，磁悬浮轴承很快被应用到国防、航天等各个领域。[4]美国在1983年11月搭载于航天飞机上的欧洲空间试验仓里采用了磁悬浮轴承真空泵；日本将磁悬浮轴承列为80年代新的加工技术之一，1984年，S2M公司与日本精工电子工业公司联合成立了日本电磁轴承公司，在日本生产、销售涡轮分子泵和机床电磁主轴等。经过30多年的发展,磁悬浮轴承在国外的应用场合进一步扩大。从应用角度看，在高速旋转和相关高精度的应用场合磁悬浮轴承具有极大的优势并已逐渐成为应用研究的主流。
我国对磁悬浮轴承的研究始于60年代，但由于社会条件和技术水平的限制，我国在这方面的研究比国外先进国家落后近20年。从80年代起有数家单位开始这方面的样机开发，但到目前为止，开发的多数产品还处于实验室阶段，而且在轴承刚度和承载能力方面距离大规模应用还有一定差距，这是我国的科技人员所面临的一个新的课题。
三、磁轴承系统的组成和工作原理[5]
磁轴承系统由转子、电磁铁、传感器、控制器和功率放大器五部分组成。磁轴承系统是一个非常复杂的机电一体化系统，用数学模型精确地描述是非常困难，一般都采用在平衡点附近进行分析，再进行线性化处理。在不考虑五自由度之间耦合的情况下，只需进行单自由度的分析。
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