动力磁悬浮轴承(power magnetic bearing,P-MB)与传统磁悬浮轴承存在本质上的不同,动力磁悬浮轴承不仅可产生支承转子的径向力悬浮,而且还可产生驱动转子所需的扭矩,因此动力磁悬浮轴承可集电动机和轴承两种功能于一体。本文以动力磁悬浮轴承的轴向磁轴承为研究重点,概述轴向磁轴承的工作原理和系统组成,推导出轴向磁轴承的数学模型,建立了轴向磁轴承的控制系统。应用有限元法对轴向磁轴承的电磁场、涡流损耗以及采用不同材料的转子悬浮力做了较为详细的分析,在此分析基础上采用简化磁路法设计出轴向磁轴承结构。推导出轴向磁轴承——转子系统的运动方程,建立了轴向磁轴承控制系统的闭环传递函数;应用MATLAB软件对所设计的轴向磁轴承控制系统进行仿真,仿真结果表明采用PID控制可实现轴向磁轴承的稳定悬浮。分析了数字控制系统的算法,建立基于DSP的轴向磁轴承数字控制系统。提出将模糊控制与PID控制相结合的模糊自整定PID控制算法,并将其应用于轴向磁轴承控制系统中。基于有限元求解转子固有频率理论,应用ANSYS软件对转子模态进行分析,得出了转子的各阶固有频率和临界转速,分析了各阶临界转速时转子的变形状况,建立无阻尼转子通过临界转速时所需的最小驱动力矩数模表达式,对动力磁轴承转子跨越临界转速具有一定的指导意义。