1. 研究目的与意义
磁悬浮轴承是一种新兴的机电一体化的高科技产品，已经应用在离心压缩机、高速电机、人工心脏泵、高速磨铣切削机床、储能飞轮、分布式发电系统等。电流功率放大器作为磁悬浮轴承控制系统的一部分，在整个磁悬浮轴承系统中具有十分重要的作用。目前功率放大器均采用不控整流电路将交流电转换为恒定幅值的300V直流电，无论是磁悬浮轴承在静态工作还是动态过程中，均保持相同的电流响应速度和功耗，造成能源的利用率较低，不能满足磁悬浮轴承发展的要求。本课题通过设计一种智能的磁悬浮功率放大控制器电源，整流电压可以随输出电流大小而变化，使电流功率放大器工作在最大功率要求状态，进一步提高效率。根据电流大小，自动调整电压的方法能有效的为磁悬浮控制系统提高电能的利用率，具有较高的理论意义和应用价值。
2. 国内外研究现状分析
国外很多大学和科研机构早就已经开始了永磁轴承技术的研究，如瑞士联邦理工学院，美国的弗吉尼亚大学，马里兰大学，伯克利大学，日本的东京大学，千叶大学等。
磁悬浮技术在一些国家走向了成熟，大批知名的轴承设计和制造公司开发的产品已经得到了应用。1976年法国sep公司与瑞典skf轴承公司联合成立了s2m公司，针对机床用电磁轴承进行系统的研究和产品开发。1977年，该公司开发了世界上第一台高速机床用的磁悬浮主轴。1984年，ntn东洋轴承公司推出了高速铣削电磁轴承和轴向电磁轴承产品。1005年瑞士ibag公司研制的铣削电主轴产品，转速为40kr/min，持续运行功率30kw，最大功率40kw，已正式在一些国家投入工业生产。2002年德国工业大学机电研究所成功研制出主动磁轴承电主轴，转速高达120kr/min。2006年日本ehara公司展示了其研制的480摄氏度的高温磁悬浮轴承。2011年skf公司和加拿大的公司合作新建一个磁轴承生产厂，大大促进磁轴承工业的发展进程。2013年日本茨城大学提出一种洛仑兹力型自支轴承电机转子转速可达9000r/min，并尝试把它应用在离心心脏泵中，目前还在继续研究中。
我国的电磁轴承研究工作起步于20世纪80年代初，清华大学，西安交通大学，哈工大，北航，南航，江苏大学等单位都先后开展了磁悬浮轴承的研究，目前各项技术已经基本成熟，但是磁轴承的产业化还处于空白期。1982年上海微电机研究所研制了我国第一台全悬浮磁力轴承样机，1994年西安交通大学成功研制了转速高达24kr/min的5自由度磁悬浮电主轴样机，实现了国内磁悬浮支承技术方面的零突破。2000年清华大学与无锡开源机床集团实现了内圆磨床磁力轴承电主轴的工厂应用试验。2012年南航设计了径向悬浮力400n的异极性永磁偏置径向磁轴承，其悬浮性能优良，为其他永磁型磁轴承的研究奠定了基础。
3. 研究的基本内容与计划
以stc12c5a60s2高性能单片机为核心，运用霍尔电流传感器完成电流信号到电压信号转换，通过单片机内部2路10位精度ad分别采样控制信号和测量信号，运用离散pi控制器对8位精度pwm模块进行占空比调节，可控制电流上升和下降速度，从而实现了一种应用51单片机控制的三电平控制策略单自由度pwm功率放大器。通过simulink仿真对比两电平控制策略和不同续流时间所对应的三电平控制策略电流波形，得到了三电平控制策略较两电平控制策略电流纹波更小，并且三电平控制策略电流纹波随续流时间的增大而减小的结论。测试结果反映单自由度pwm功率放大器的静态电流纹波较好，静态电流精度高，动态响应速度满足磁悬浮轴承应用要求。
3月1日- 3月27日进行原理电路设计。
3月28日- 4月25日进行电路装配与实验调试阶段。
4月26日- 5月15日撰写、根据要求修改论文。
4. 研究创新点
1对智能磁悬浮轴承功率放大器的硬件电路进行设计和研制。
2对于两电平控制策略和三电平控制策略的区别进行总结和推导，应用simulink仿真工具，分析了两电平控制策略和三电平控制策略的电流波形，得到与理论相应的结论。
3在高速单片机stc12c5a60s2完成磁悬浮功率放大器控制程序编写，并对电路调试、功能测试，实现了磁悬浮轴承功率放大器的智能控制。
