近日，南京航空航天大学周瑾教授团队联合意大利都灵理工大学，在主动磁悬浮轴承转子系统控制领域取得新进展，相关研究成果以“Misalignment safety threshold and stability driven controller tuning for AMBs–rotor systems”为题发表。南京航空航天大学为第一完成单位，赵亚正博士为论文第一作者，周瑾教授为通讯作者，Erasmo Carrera教授、Rodolfo Azzara助理教授、Matteo Filippi副教授和金超武教授参与了本项研究。 

主动磁悬浮轴承能够通过电磁力实现转子的无接触支承，已广泛应用于高速压缩机和储能飞轮等高端旋转装备。然而，在转子-联轴器-电机系统中，由制造误差、装配偏差及长期磨损引起的联轴器不对中，会产生非对称激励力，导致转子振动增大、稳定性下降，甚至影响系统安全运行。因此，如何合理设计控制器参数，提高系统对联轴器不对中的容忍能力，是磁悬浮转子系统安全稳定运行的关键。 

本文提出了一种基于不对中安全阈值和稳定性双重约束的控制器参数整定方法。首先，建立考虑联轴器不对中的磁悬浮轴承转子系统非线性机电耦合模型，并结合响应分析及磁悬浮轴承相关国际标准，定义联轴器平行和角度不对中的安全阈值，并将其作为控制器参数优化的核心指标，同时结合根轨迹方法分析系统稳定性，在保证稳定裕度的前提下优化控制器参数，从而得到具有高不对中容错能力和良好稳定性的最优参数。 

研究团队进一步在磁悬浮轴承转子系统试验平台上开展了平行不对中、角度不对中及复合不对中条件下的旋转实验。结果表明，相比经验控制器参数，优化后的控制器参数能够显著扩大系统允许的联轴器不对中范围，并有效降低转子振动幅值，提高系统在复杂不对中工况下的鲁棒性和运行安全性。 

该研究首次将联轴器不对中安全阈值引入主动磁悬浮轴承控制器参数整定过程，作为优化指标，实现控制性能、稳定性与安全裕度的协同优化，为磁悬浮转子系统在复杂不对中工况下的控制器设计提供了新的理论依据，对提升高速旋转机械的安全性、可靠性和故障容错能力具有重要意义。

图1 考虑联轴器不对中的磁悬浮轴承转子系统

图2 不同比例增益下的不对中安全域

图3 不同比例增益下的根轨迹

图4 复合联轴器不对中条件下的时域实验结果

论文链接：Misalignment safety threshold and stability driven controller tuning for AMBs–rotor systems