五自由度磁悬浮轴承：精准狙击转子质量不平衡引发的同频振动

磁悬浮轴承技术被誉为旋转机械领域的革命性突破，但其高速转子中不可避免的质量不平衡问题，却如同幽灵般引发同转速频率的振动。如何精准抑制这种周期性干扰，成为提升系统性能的关键挑战。

1 磁悬浮轴承：旋转机械的革命与挑战

磁悬浮轴承（Active Magnetic Bearing，AMB）通过电磁力实现转子无接触悬浮，彻底消除了机械摩擦，允许转子达到极高的转速（每分钟数万转甚至更高），同时具备主动振动控制的独特优势。

五自由度磁悬浮轴承系统通常包含两个径向轴承（各控制2个自由度）和一个轴向轴承（控制1个自由度），构成完整的悬浮支撑体系。这种系统结构复杂，但控制精度极高。

然而，转子质量不平衡问题始终是困扰高速旋转机械的经典难题。在磁悬浮轴承中，这个问题表现得尤为突出：

• 不可避免的制造缺陷：转子材料密度不均、加工误差

• 运行中的变化：热变形、材料疲劳、异物沉积

• 同频振动的危害：导致轴承负载增大、功耗增加、稳定性降低

2 质量不平衡引发同频振动的内在机理

2.1 物理本质：离心力的周期性变化

当转子质心与几何中心不重合时，旋转过程中会产生周期性离心力：

F = m·r·ω²

其中：

• m为不平衡质量

• r为质心偏移距离

• ω为转子旋转角速度

这个离心力矢量以角速度ω在转子旋转平面内同步旋转，对转子施加了一个频率与转速完全一致的周期性干扰力。

2.2 控制系统视角下的扰动传递

在磁悬浮轴承控制系