磁悬浮轴承具有高转速、高精度、低损耗等优良特性,功率放大器在磁悬浮轴承系统中负责控制信号到电磁能量的转换,其性能优劣直接影响系统对位置跟踪的快速性、准确性、稳定性。目前,磁悬浮轴承功率放大器的直流母线普遍使用成品开关电源,没有针对磁悬浮轴承的系统特点单独设计,直流输出电压不可以动态调整,没有负载参数识别和故障自诊断等功能。针对这些问题,本文设计了基于滑模控制的磁悬浮轴承数字功率放大器,包括数字功率放大器和为数字功率放大器直流母线提供恒定、可调电压的Buck变换器,具有负载参数在线辨识和故障诊断与系统保护的能力。数字功率放大器选择半桥式拓扑结构,控制简单、性能优异、成本适中;控制器采用PI控制算法和三电平控制策略,算法简单可靠,三电平数字功放与两电平数字功放相比,输出电流纹波随续流时间的增加而减小。Buck变换器采用滑模控制算法,对系统内部和外部参数变化不敏感,鲁棒性强。数字功率放大器采用高性能数字信号处理器TMS320F28335作为控制核心,负责信号采集、数据处理和控制输出。DSP的模数转换模块采集电压、电流信号;脉冲宽度调制模块输出开关信号经隔离电路驱动功率MOSFET;串行通讯接口模块实现与上位机通讯。系统测试结果表明,设计的磁悬浮轴承数字功率放大器输出电流稳定,精度高(稳态误差小于20mA)、纹波小(电流纹波约20mA)、线性度高(0.67%)、动态响应速度快、频率响应范围宽。数字功率放大器加入滑模控制Buck变换器后,幅频特性与传输特性更好,线性度更高,但是算法处理时间增加,导致相频特性相对滞后。