主動式磁浮軸承(Active Magnetic Bearing, AMB)為一套結合機械、電子與控制三大領域的精密系統，具有無靜電、沒有磨耗、不會產生顆粒、不需潤滑、低噪音、低功率消耗等優勢。非常適合應用於高精密且需高潔淨度之產業中，如：壓縮機、高轉速離心機、渦輪分子幫浦、銑切工具機與能源再生發電……等。本文淺談磁浮軸承系統之特性與組成。與被動式滾珠軸承相比，磁浮軸承為先天不穩定之系統，需要感測器與控制器的參與才能使系統穩定運作。因此，本文自磁浮軸承系統之硬體架設、控制器組成談到GUI界面設計與控制成果。於研究成果顯示，經本文提及的補償與校正後之磁浮軸承系統，能將未經動平衡的旋轉中轉子的徑向偏移幅度，有效控制於以50µm以內。
前言
軸承(Bearings)的功能係用來降低兩個接觸面之間的摩擦力。然而，摩擦力的大小與接觸面積相關。因此常見的軸承如滾珠軸承，就是藉由大幅降低兩接觸面的面積，由原本的平面接觸，降低成如滾珠軸承的點支撐或是滾柱軸承的線支撐，以達大幅降低摩擦力的效果，進而降低能量消耗、摩擦損耗。常見的滾珠軸承會適度使用潤滑膏來降低滾珠/滾柱軸承磨耗以及減緩熱變形的速率，但接觸式軸承之主體與潤滑膏需要定期更替與維護，以確保機構正常運行。此外，搭載接觸式軸承的轉子，其轉速越快越容易磨耗軸承，此外也有衍生的熱變形與對加工物的污染物產生。因此，若要尋找能應用於超高轉速、降低維護次數與成本或是應用於高潔淨環境需求之軸承，那就非磁浮軸承莫屬。磁浮軸承顧名思義係透過磁力(非接觸力)將動子磁懸浮。非接觸之特質，使得磁浮軸承系統具有零磨耗、免維護、無汙染、能主動式調整系統阻尼等多項優點，因此非常適用於超高轉速機構，如：渦輪分子幫浦、超高速主軸、冰水主機、飛輪電池……等。
磁浮軸承系統
與常見的滾珠軸承相比，磁浮軸承系統為一先天不穩定系統。因此必須要有感測器以及控制器的參與，形成一閉迴路系統(如圖1)，方能穩定運作。從圖1可見，一套主動式磁浮軸承系統的組成元素可以粗分為：磁浮軸承硬體、功率放大器、控制器還有感測器，若環境具有高頻雜訊，則尚需加裝抗混疊濾波器(Anti-aliasing Filter)，以降低高頻雜訊對系統的干擾。控制系統中的每一個元件之特性，對整個閉迴路系統都有影響，因此若將系統中每一個元件的特性先進行量測、校正與補償，在控制器設計階段能更加迅速與確切。
校正間隙感測器
感測器為控制系統的感官，用於即時觀測系統特性，以作為控制器輸出指令的依據。量測值準確與否，將大幅影響整體系統之效能與特質。因此，在安置間隙感測器至磁浮軸承系統之前，感測器皆先經過間隙感測器特性曲線測量系統(如圖2)，量測出感測間隙對應之輸出電壓，以獲得間隙感測器之特性曲線，並於控制器中進行補償。間隙感測器特性曲線測量系統之主體為23 Bit伺服馬達與螺桿，螺桿之螺距為1 cm，並透過可程式控制器(Programmable Logic Controller, PLC)錄製數據，對數據進行曲線擬合之後，於控制器中補償間隙感測器的非線性特質。
設計抗混疊濾波器
當一系統涉及類比/數位訊號之間的轉換時，於類比訊號轉為數位訊號的取樣階段會發生訊號混疊(Aliasing)[1]，高於取樣頻率一半以上的訊號會疊至低於取樣頻率一半以下之訊號中。若高於取樣頻率一半以上的訊號振幅很大，經訊號混疊後，將會使低頻訊號失真，進而降低控制系統之穩定性。因此，若要降低訊號混疊導致的訊號失真率，則須於類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter, ADC)之前串聯抗混疊濾波器。抗混疊濾波器實際上為低通濾波器，用於減小高頻訊號振幅，以降低高頻訊號混疊至控制頻段訊號後所導致的控制訊號失真。抗混疊濾波器選用Sallen-Key二階低通濾波器[2]作為設計架構(如圖3)，具有結構簡潔與調適容易之優點。
假設此濾波器上兩個電阻之間以及兩個電容之間各有m倍與n倍的比例，如下：
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