分数阶PID控制是对于传统PID控制的普遍化,算法简洁灵活,理论上具有更好的鲁棒控制效果。本文将该算法运用于主动磁悬浮轴承系统中,进行了基于分数阶PID的主动磁悬浮轴承控制系统的研究分析。首先,根据本文所采用试验台,分析推导了转子—电磁铁、传感器、功率放大器的数学模型,并对其进行不同支承下的转子动力学分析,得到转子的各阶临界转速范围。进行了分数阶微积分的理论及其控制理论介绍,包括分数阶PID的控制原理和稳定域分析。其次,文章针对分数阶微积分算子s??的离散化方法进行了研究,研究表明,主动磁悬浮轴承系统中,采用Oustaloup方法进行分数阶PID控制器的实现准确实用。在此基础上,仿真分析了分数阶PID控制器中各参数对系统性能的影响,通过PID和分数阶PID控制下系统的阶跃响应以及不同频率下抗干扰性能的比较,论证了分数阶PID控制器的鲁棒性,并且对传统的控制器参数整定方法做了改进,使用了遗传算法进行参数的优化。最后,搭建了主动磁悬浮轴承系统的试验平台,完成了控制系统的软硬件设计。分别从静态悬浮和动态旋转试验中,进行了分数阶PID控制下主动磁悬浮轴承系统的性能研究。结果表明:分数阶PID比传统的PID控制器更加灵活,而且高速旋转时,在一弯固有频率附近,相较于传统PID,1#支承处转子轴心最大振幅降低了20%,5#支承处转子轴心最大振幅降低了48.9%,验证了分数阶PID比传统PID具有更好的控制效果。