飞轮储能作为一种新型的储能方式,具备储能密度大、能量损耗低、使用周期长和环境污染小等众多优点,时至今日已展现出广阔的应用前景。本文以飞轮储能系统研发项目为背景,重点研究飞轮储能系统电磁轴承—转子系统动力学特性,为系统样机的研制提供参考,主要研究内容如下:根据飞轮储能系统的设计要求确定了系统的支撑布局方案,建立了样机系统刚性转子的动力学模型与电磁轴承支承力模型,并分析了电磁轴承控制参数对支承刚度和阻尼的影响。在此基础上,研究了控制器参数对系统的涡动频率的影响,完成了电磁轴承支承特性研究,为飞轮储能系统转子动力学特性分析奠定了基础。分析了飞轮储能系统电磁轴承—柔性转子动力学模型建立的逻辑结构,采用有限元法建立其柔性转子模型。基于该模型计算得到了系统自由振动的固有频率,前六阶振型图,并且分析了陀螺效应、轴承阻尼、轴向力和力矩对其自由振动特性的影响,验证了该动力学模型的正确性。针对飞轮储能转子在实际运行中可能遇到的很多外部激励,其中包括质量不平衡,基础激励,以及系统内阻尼等,基于该动力学模型,对这些外部激励激发的不平衡响应进行了预计分析,通过仿真分析得知下轴承处对质量不平衡的响应幅值偏大,上轴承处的响应幅值相对小,为转子动平衡提供参考依据。研究了转子系统加速越过临界转速的动态特性,仿真表明通过控制电磁轴承的刚度和阻尼系数达到抑制振动的目的。通过分析电磁轴承—柔性转子系统前三阶临界转速分布与电磁轴承支承特性的关系,得出了磁轴承支承的转子临界转速变化范围,由此提出了基于转速的变参数PID控制策略,并给出了变参数规则。针对轴承—转子系统的结构约束优化问题,通过对转子系统结构参数动态灵敏的计算,选取对第二阶临界转速比较敏感的轴承单元的长度,飞轮的高度和直径作为优化研究的设计变量,以第二阶临界转速为优化目标,并在保证系统的储能量的约束条件下,选用遗传算法和模拟退火法混合算法对转子系统结构进行优化,得到了具有更佳动态性能的结构参数,为样机的设计了提供参考。建立了转子系统的虚拟样机模型,结合设计的PID控制器,对转子系统进行联合仿真,验证了变参数控制器的可行性,可以实现动态调整临界转速分布,从而达到了抑制系统振动的目的。