准确计算通道故障前后的磁轴承系统动态承载力能为运行工况的选择提供依据。为此，海军工程大学电磁能技术全国重点实验室（原舰船综合电力技术国防科技重点实验室）磁轴承研究团队建立了考虑通道故障的系统动力学模型，对磁轴承系统动态承载力与转子位移、通道电流的关系进行了分析。现场实验结果验证了所建模型计算动态承载力的准确性。
研究背景磁轴承系统的承载力作为设计阶段的重要指标与系统运行能力密切相关，但部分通道故障后的系统可能需要重新选择工况。近年来，国内外学者针对磁轴承系统故障前后的承载力变化开展了许多研究，但所建模型均比较理想，计算得到的系统动态承载力与实际误差较大。
论文所解决的问题及意义通过建立含故障通道的磁轴承系统模型并考虑转子初始不平衡量的影响，对磁轴承系统动态承载力与转子位移、通道电流的关系进行了分析。为磁轴承系统尤其是通道故障后系统运行工况的确定提供了理论依据。
论文方法及创新点1、系统建模
论文首先建立了四自由度磁轴承系统动力学模型。基于模型分析了随动载荷幅值的增大，系统将出现转子位移幅值过大至定转子碰撞以及通道电流达到零或最大值这两种可能的临界状态。然后在临界状态由分散PID控制下的通道电流、转子位移及控制参数的关系计算转子动态承载力。
2、考虑非理想因素的系统动态承载力分析
对于四自由度磁轴承系统，已有研究往往忽略了转子初始不平衡质量以及动载荷作用点的轴向位移所带来的力矩影响，因此所建动力学模型难以准确计算转子实际位移幅值，也难以计算系统实际动态承载力。
为提高模型准确性，本文在理想模型基础上考虑上述非理想因素（转子不平衡质量测量方法如图1所示），得到了与实际更吻合的动力学模型，并在此基础上分析了故障后系统动态承载力。最后还分析了不同控制参数对系统动态承载力的影响。
图1转子不平衡质量测量方法实验验证在额定转速下（rpm）进行实验，通过在转子上安装不同质量块可模拟不同幅值的动载荷，正常情况下转子轨迹如图2所示，计算得到此时系统动态承载力为N。以非伸端Y方向下通道故障为例，故障后X、Y方向位移相位不再正交，因此轨迹为近似斜椭圆形状，如图所示，此时系统动态承载力为N，相较于正常情况减小了29%。
图2正常情况下仿真与实验转子轨迹对比图通道故障后仿真与实验转子轨迹对比在一定范围内增大P（比例）、D（微分）参数值，磁轴承系统的最大位移幅值减小，如图4所示。此时系统动态承载力有所增大，但由于过大的比例参数及微分参数均会降低系统稳定性，因此，通过改变控制参数增大系统动态承载力的作用有限。
图4不同控制参数影响结论本文建立了考虑部分通道故障的四自由度磁轴承系统模型，并基于模型对故障前后的系统动态承载力进行了分析，通过仿真与实验对比得到如下结论：
1、随着动载荷幅值增加，磁轴承系统存在两种临界状态：①转子位移幅值过大至定转子碰撞；②通道电流达到零或最大值。根据这两类临界状态可以计算磁轴承系统的动态承载力；
2、所搭建的四自由度转子动力学模型计算动载荷作用下的转子最大位移幅值与实际值相比，正常情况下误差小于.9%，部分通道故障后误差小于.5%，说明模型可用于计算系统动态承载力；
、通过增大比例、微分参数可以增大系统动态承载力，但考虑到对系统稳定性的影响实际作用有限。
团队介绍刘奇，博士研究生，研究方向为磁轴承及其容错控制。
苏振中，博士，副研究员，硕士生导师,研究方向为磁悬浮技术、电力集成技术。
姜豪，博士，讲师，研究方向为磁轴承技术。
吴超，博士研究生，研究方向为磁轴承控制及转子动力学。
晏明，博士，副研究员，硕士生导师，主要研究领域为电机设计与分析。
本工作成果发表在年第10期《电工技术学报》，论文标题为“考虑部分通道故障的磁轴承系统动态承载力分析”。本课题得到国家自然科学基金资助项目的支持。
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