磁懸浮軸承（Active Magnetic Bearing, AMB）以其無接觸、無摩擦、高轉速、無需潤滑等革命性優勢，在高端旋轉機械領域（如高速電機、離心壓縮機、飛輪儲能、航空航天動力系統）展現出巨大潛力。然而，轉子固有的質量不平衡是AMB系統面臨的核心挑戰之一，它誘發強同步振動，威脅系統穩定性、精度與壽命。本文將深入探討AMB轉子不平衡質量的控制策略設計原理，進行關鍵分析，并闡述實現方法。

一、 磁懸浮軸承與不平衡問題：核心挑戰

1. 磁懸浮軸承工作原理簡述：
   AMB利用可控電磁力將轉子穩定懸浮于定子中心。電磁力的大小與方向通過實時檢測轉子位移（位置傳感器），并基于先進控制算法（如PID、狀態反饋、魯棒控制、自適應控制）計算所需控制電流，驅動功率放大器產生相應電磁力來實現閉環穩定。

2. 轉子不平衡的振動根源：

   • 物理本質： 轉子幾何軸線與慣性主軸不重合，導致質量分布不均。

   • 動力學表現： 轉子旋轉時，不平衡質量產生離心力 F = m * ω2 * r（m為不平衡質量，ω為旋轉角速度，r為不平衡質量偏心距）。

   • 對AMB的影響： 該離心力作用于轉子，迫使轉子偏離其理想旋轉中心（幾何中心）。位置傳感器檢測到此偏移（表現為與旋轉頻率ω同步的位移信號），控制器隨即產生對抗性電磁力以維持穩定懸浮。這導致：

     • 同步電流消耗： 控制電流中出現顯著的、與轉速同頻（1X）的分量，增大功耗和發熱。

     • 同步振動傳遞： 不平衡力通過AMB傳遞到支撐基座，引起整機振動和噪聲。

     • 穩定性裕度降低： 強同步擾動可能消耗系統動態響應能力，降低對其他擾動的魯棒性。

二、 不平衡質量控制策略設計原理：主動“消化”擾動

目標不是消除物理不平衡（通常難以實現），而是抑制其引發的有害振動和電磁力波動。核心思路是使AMB系統“智能”地產生一個與不平衡離心力大小相等、方向相反的補償力。

策略分類與原理

1. 被動平衡策略：

   • 原理： 在轉子靜止時，通過機械配重（