磁悬浮轴承是典型的机电一体化系统,具有无机械接触、无摩擦、无磨损、长寿命、免润滑、高效率、低噪音等优点,已在旋转机械领域得到广泛的应用。超高速、超弯曲临界转速运行是磁悬浮轴承转子系统的发展方向,但随着转速的不断升高、逼近甚至跨越弯曲临界转速,转子逐渐由刚性过渡到柔性,此时系统的动力学特性是研究的难点。准确地辨识磁悬浮轴承的支承特性,是开展系统动力学分析的基础。但现有的研究成果只适用于低转速刚性转子,且辨识误差随着转速的升高而持续增大,不适用于弯曲临界转速及以上工况。柔性转子磁悬浮轴承系统模型是解决上述问题的关键,难点是该模型下待识别参数与系统测试响应间的映射关系并不明确。针对上述问题,本文以磁悬浮轴承支承特性为研究对象,在系统机电一体化建模方法、磁悬浮轴承支承特性影响因素、柔性转子磁悬浮轴承支承特性辨识方法与试验辨识四方面开展了相关研究工作。首先,提出了磁悬浮轴承转子系统机电一体化建模方法。针对磁悬浮轴承转子热套过盈配合导致理论有限元计算值与模态试验间的误差,研究了适用于磁悬浮轴承转子自身特点的有限元模型修正方法,获得了精确的转子有限元模型。针对磁悬浮轴承转子系统中,转子的振动能量主要以低频振动为主,且高频振动能量随频率的增加而衰减的特点,采用了模态截断方法获得了转子低阶次精确模型,并联立磁悬浮轴承数学模型,推导出机械系统状态空间方程。根据磁悬浮轴承电控系统各部件的试验频率响应数据,建立了电控系统的数学模型。联立机械与电控系统模型,获得了磁悬浮轴承转子系统机电一体化模型。其次,研究了等效刚度与等效阻尼的影响因素。对比分析了单自由度、多自由度磁悬浮轴承转子系统等效刚度与阻尼的表达式。推导了PID控制律下磁悬浮轴承转子系统等效刚度与阻尼表达式。依次分析了磁悬浮轴承机械参数中磁极面积、线圈匝数、气隙对等效刚度与等效阻尼的影响趋势;电控参数中控制器、传感器、功率放大器各参数及偏置电流对等效刚度与阻尼的影响趋势。然后,提出了一种柔性转子磁悬浮轴承支承特性辨识方法。针对基于理论等效刚度阻尼定义辨识方法忽略陀螺效应、磁滞及涡流损耗,局限于静态等问题,研究了基于刚度阻尼物理定义的辨识方法。指出基于刚性转子模型的辨识方法只适用于一阶弯曲临界转速以下的刚性转子工况。针对现有的基于刚性转子模型辨识方法的局限性,在柔性转子模型基础上提出了柔性转子磁悬浮轴承支承特性辨识方法,推导了待识别参数与试验响应间的映射关系。对该方法适用性进行了仿真分析,发现其不仅适用于弯曲临界转速以的下刚性转子工况,也适用于弯曲临界转速以上的柔性转子工况;可在考虑转子残余不平衡质量、交叉刚度阻尼的条件下准确开展辨识工作。最后,基于柔性转子磁悬浮轴承支承特性辨识方法,开展了柔性转子磁悬浮轴承支承特性试验辨识研究工作。设计开发了磁悬浮轴承数字控制器硬件系统,分析了磁悬浮轴承转子系统难以跨越一阶弯曲临界转速的原因。采用相位补偿的方法,实现了超弯曲临界转速运行。通过采集两组线性不相关的试验不平衡响应数据,在考虑残余不平衡质量的条件下,试验获得了从刚性转子到柔性转子整个转速区间内的磁悬浮轴承支承特性。对比分析了噪声对辨识结果的影响,结果表明即使加入10%的噪声信号,本文提出的辨识方法依然可以有效地辨识出刚度与阻尼数值。对比分析了基于等效刚度阻尼定义的理论计算值与试验辨识结果,发现刚度吻合但阻尼变化趋势有误差,并指出阻尼存在的差距的原因是由于理论等效阻尼的定义忽略了转子上的损耗。开展了试验辨识结果验证工作,验证结果表明,本文提出的辨识方法在刚性转子到柔性转子整个转速区间内可以准确辨识磁悬浮轴承的刚度阻尼。