磁悬浮技术是近些年发展起来的一门新兴机电一体化技术。随着控制理论以及相关电磁学、材料学等科学的发展,磁悬浮技术也取得了长足的发展,磁悬浮技术在磁悬浮轴承、磁悬浮列车中得到了很广泛的应用。磁悬浮球系统是磁悬浮系统的一个基本模型。而且磁悬浮球系统是一个非线性、不稳定系统,因此,对磁悬浮球系统的研究对于推动磁悬浮技术发展具有重要的意义。磁悬浮由于系统位置传感器的存在,使得磁悬浮系统体积变大、动态性能变差,严重制约着磁悬浮技术的发展,因此,为了克服传感器带来的弊端,本文提出了一种新型的磁悬浮系统执行器传感器一体化设计方案。本文对磁悬球系统进行了理论和实验研究。首先根据磁悬浮球系统的运动学方程、电磁学方程,建立磁悬浮系统的动力学模型。在平衡点处对磁悬浮系统模型进行线性化处理,由于磁悬浮系统是一个不稳定的系统,必须对位置进行闭环反馈控制,为了实现磁悬浮球系统的稳定控制,首先设计了PD控制器,对系统进行超前校正,为了消除系统稳态误差,进而设计了PID控制器,并提出一种基于LQR方法的磁悬浮球系统PID参数优化设计,这种方法通过将系统微分方程延拓,把PID参数的求解转换成基于LQR求解最优控制器。通过合理选择加权矩阵Q、R,确定最优的PID控制参数。并进行仿真研究,验证所设计的PID控制器有效,位置估计是磁悬浮系统执行器传感器一体化设计的重要部分,位置估计法的关键是在电磁铁线圈电流中产生一个连续的扰动,本文采用PWM控制的桥式电路中产生的开关纹波来进行位置估计。推导出了磁悬浮球系统电磁学模型,基于此模型,提出一种基于最小二乘法的磁悬浮系统位置估计算法。这种方法通过测量电磁铁线圈中的电流和电压,估算出电磁铁线圈的电感。通过磁悬浮系统电感和气隙的函数关系确定位置。为了验证提出来的位置估计算法,本文搭建一套磁悬浮球系统试验平台,然后设计了基于DSP芯片的磁悬浮控制系统。对DSP的硬件控制电路进行设计,然后进行软件编程。实现了磁悬浮球系统的稳定控制。实验结果验证了基于最小二乘法的位置估计方法的有效性。