磁悬浮轴承控制算法：电流环控制&测量设计深度解剖

磁悬浮轴承（AMB）的稳定悬浮，本质上是电磁力与转子扰动的毫秒级博弈。而电流环，正是这场超高速博弈中决定胜负的“黄金通道”。

一、电流环：AMB稳定悬浮的“最后一道防线”

在磁悬浮轴承（AMB）的多层控制架构中（如图1），电流环处于整个控制链的最末端，直接驱动电磁铁产生悬浮力：

图1 控制结构

• 外环：接收位移传感器信号，计算目标电磁力（F_desired）使转子位置达到设定值。

• 力/电流计算：根据电磁学原理（F ∝ I² / g²），将目标电磁力转换为目标线圈电流（I_desired）。

• 电流环：核心任务，以超高精度、超快速度、强抗干扰能力，驱动实际线圈电流（I_actual）精确跟踪I_desired。

• 功率放大器：电流环的输出指令驱动功放开关管（如IGBT、MOSFET），产生实际线圈电流。

电流环的核心：

1. 力控精度决定悬浮精度：悬浮力F由电流I和气隙g共同决定。气隙g由位置环调控，而力控精度完全依赖电流环的跟踪精度。1%的电流误差，在特定工况下可能导致数十微米的悬浮偏差，甚至失稳。

2. 系统带宽的瓶颈：电流环是位置环的内环，其响应速度（带宽）必须远高于位置环（通常5-10倍）。电流环带宽不足，会严重制约整个AMB系统的动态性能。

3. 抑制扰动的前哨：线圈电感、电阻热漂移、功放非线性、母线电压波动、甚至电磁干扰（EMI）都会“污染”电流。电流环是抑制这些扰动的最后一道关口。

4. 能效与热管理关键：精确的电流控制避免无效功耗（如过电流），降低电磁铁发热，提升系统能效和可靠性。

结论：电流环的性能（精度、速度、鲁棒性）直接决定了磁悬浮轴承的稳定性、动态响应、悬浮精度和可靠性，是AMB系统的“生命线”。

二、电流环硬件设计：高精度测量的基石

实现高性能电流控制，首先依赖精密的电流测量硬件和优化的功率驱动电路。

1. 电流传感器选型：精度与速度的博弈

传感器类型	原理	优点	缺点	适用场景
分流电阻+ADC