磁悬浮轴承及其所支撑的高速电机都是当前研究的热点领域。对于转速在每分钟万转以上的高速电机,其支撑设备采用磁悬浮轴承是一种理想方案,不仅实现了轴承与转子之间无机械磨损的可能,而且具有可以通过轴承对转子的运行状态进行主动控制这一非同寻常的优点。根据磁轴承中偏置磁场的来源不同,磁悬浮轴承有多种类型,本文所研究的是偏置磁场来自于控制系统的主动电磁轴承,主要按以下几个方面对其机械结构和控制系统进行研究和设计:针对现有的磁轴承与高速电机结构比较固定的缺陷,设计一种与高速电机相分离的八磁极主动电磁轴承,增加了磁轴承应用的灵活性。借助3D打印技术对电磁轴承的线圈骨架和电涡流传感器的微型探头进行制作,提供了一种实现捷径。采用一种差动绕组驱动线性化法对电磁轴承控制系统进行数学建模,推导出其模型公式。基于Ansoft Maxwell有限元分析软件对所设计的电磁轴承进行三维电磁场有限元优化设计,为控制系统的研究和设计提供准确的载体。实现了一种可以消除因元器件制造工艺分散性而存在误差的差动调幅式电涡流传感器,对电磁轴承转子在单自由度方向上进行两探头差动解调式测量,提高了转子位置的控制精度。采用模拟控制方法,研究并实现了电磁轴承控制系统的PWM功放硬件电路。仿真验证了电磁轴承开关功放采用三电平驱动策略可以降低线圈上电流纹波的幅度。研究了电磁轴承电流/位移双闭环控制系统。建立基于Simulink的电磁轴承控制系统的电流内环和位移外环模型,整定了其PI和PID调节参数。针对电流内环,研究了一种电力电子建模方法,仿真研究结果表明该方法是可行的,可以做为电磁轴承电流内环建模及其调节参数整定的参考。