高可靠强抗扰磁悬浮轴承电力传动系统及其应用

主要完成人：蒋栋，刘自程，孙伟，曲荣海

由轴承支承的高速电力传动系统是高端装备与国防特种应用的核心技术。磁悬浮轴承在电力电子驱动下实现主动无接触支承，是高速电力传动的颠覆性技术。但是其安全稳定运行面临故障失效、机械扰动、电磁干扰的巨大挑战，此类问题是磁轴承领域长期存在的共性难题，已成为制约磁轴承技术发展的长期瓶颈。蒋栋教授团队融合机-电-智学科交叉，取得系列技术创新与突破。

基于磁悬浮轴承电磁力的物理本质，团队突破了磁悬浮轴承可靠性容错技术，实现了电力电子器件开路和短路故障的在线诊断与容错，率先攻克了磁悬浮轴承电力传动系统的可靠性难题。

团队提出了磁悬浮轴承电力传动系统自感知的机械扰动抑制技术，实现了多传感器融合下对转子不平衡扰动和负载非线性扰动的有效抑制，大幅提升了磁悬浮轴承电力传动系统的悬浮运行品质。

团队建立了磁悬浮轴承电力传动系统电磁干扰主动抑制体系，实现了在不使用无源滤波器的条件下抑制共模电磁干扰超20dB，进而提升了超40%的悬浮精度。有效应对了磁悬浮轴承电力传动系统的电磁兼容挑战。

成果的三个主要创新点及关键技术

在此基础上，团队进一步探索研究了磁悬浮轴承智能化和重载磁悬浮轴承的前沿技术。研发了基于启发式算法的磁悬浮轴承控制器自动寻优方法，在无人化条件下快速实现参数自整定，极大提高参数优化效率，入选中国电工技术学会2024电气人工智能科技创新先锋示范案例；研发了基于特征辨识与迭代学习控制的磁悬浮轴承压缩机喘振抑制方法，在压缩机喘振条件下实现超75%的位移波动抑制；研发了系列多电平磁悬浮轴承控制器及其控制方法，实现了面向吨级转子的重载磁悬浮轴承的有效控制，奠定了未来超大型旋转机械应用磁悬浮轴承的基础。

成果的三个主要应用领域及应用单位

该项目研制了部件级-装备级-系统级高可靠强抗扰磁悬浮轴承电力传动系列装置。实现了压缩机和飞轮等规模化产业应用、舰船特种应用以及数控机床和医疗CT等新领域探索应用。2022年成果转化成立湖北舜一技术有限公司，2025年成立李培根院士工作站。团队近五年在磁悬浮轴承领域发表SCI索引的IEEE期刊论文20余篇，授权发明专利30余项，取得了一批重要的知识产权。该项目取得了集理论、技术和装备于一体的系列成果和重大创新，2024年在中国机械工业联合会组织的成果鉴定会上被鉴定委员会评价为“该成果整体技术达到国际领先水平”，团队牵头获得了2024年湖北省科技进步一等奖。