磁悬浮轴承具备无机械接触、无磨损、无需润滑、高转速等突出优点,成为了高速精密转子的理想支承,因此在机床工业、航空航天、真空技术及储能飞轮等领域具有广泛的应用前景。可靠性问题是磁悬浮轴承推广应用必须解决的关键问题。当磁悬浮轴承系统的部分环节发生故障时,会影响高速转子的正常悬浮,甚至会导致其跌落,造成严重后果。通过设计冗余结构进行支承重构而实现容错控制,是提高磁悬浮支承可靠性的有效方法。然而,上述思路的实现前提是对于各类故障的有效诊断,只有快速准确地检测出故障,并能表达故障特征,才能保障容错控制策略的有效性。为此,本文开展了针对磁悬浮轴承的故障诊断方法的研究,并设计了可在线自诊断的磁悬浮轴承控制系统,并进行了相关实验,验证了本文研究的有效性。本文的主要内容包括:(1)从磁悬浮轴承系统的各种故障形式入手,分析了相应故障产生的机理,将主要的故障形式进行了分类,并提出了针对性的避免其故障发生的方法。(2)针对电磁线圈的局部短路故障,进行了其故障诊断方法的理论分析与证明,提出了一种基于功放在调制周期内电流变化特性的故障诊断方法,并通过Matlab/Simulink模型仿真验证了该方法的有效性。(3)研制了可在线自诊断的磁悬浮轴承控制系统,并针对(1)中的主要故障形式,设计了相应的在线故障诊断策略与可自诊断的磁悬浮轴承控制算法。(4)搭建了磁悬浮轴承—转子系统的故障诊断试验平台,对不同故障形式进行了相关实验研究。实验结果表明,本文所研究的故障诊断策略能在很短的时间内检测出相应故障。本文的创新之处在于:现阶段针对电磁线圈的局部短路故障难以有效判别,其故障表现形式较难被直观观测,本文提出一种基于调制周期内电流变化特性的故障诊断方法,抓住了电磁线圈局部短路对其电流变化率影响的本质特征,并从理论—仿真—实验方面验证了所提出方法的有效性。本文研究作为磁悬浮轴承可靠性设计的关键组成部分,是后续进一步开展容错控制的有效工作基础,具备较好的理论与应用价值。