主动磁悬浮轴承利用电磁力将旋转机械中的转子进行悬浮，具有无接触、无磨损、无需润滑等优点，被应用于高速旋转机械领域以及一些特殊的应用场合。然而磁轴承系统中，需使用位移传感器、控制器、功率放大器等来实现主动控制，相比于传统机械轴承其系统更复杂，成本较高，因此在应用中也受到一些限制。本文针对磁轴承系统中功率放大器以及位移传感器两个主要组成部分进行了优化设计，以减小磁轴承控制器体积，并降低成本，使其更符合工业应用需求。
　　本文首先对主动磁轴承系统各组成进行了建模分析：对单自由度磁轴承的电磁力进行推导并得出其线性化模型，并对位置环的控制方法进行了介绍；对电流环的控制方法及稳定性进行了分析，对位移传感器进行了分析与建模，并进一步研究了两者性能对位置环稳定性的影响。研究指出，通过电力电子变换器实现快速和准确的电流控制是磁轴承可靠工作的基础，而快速和低噪声的位置反馈信号也是磁轴承系统的重要组成部分。
　　在磁轴承功率放大器的已有研究基础上，本文接着介绍了三种应用于多自由度磁轴承系统的新型电力电子变换器拓扑结构：共桥臂变换器、反向共桥臂变换器、四相四桥臂变换器。新型变换器对器件全局使用进行了优化，有效降低了对电力电子器件数量的上的需求，从而降低控制器的成本以及体积。对三种新型拓扑分别进行了原理分析，介绍各自适用的控制方法，并对每种拓扑的优缺点进行了讨论。
　　在对磁轴承位置传感器研究现状的分析的基础上，本文对位移传感器的优化主要针对目前市场上位移传感器成本较高的问题，设计了低成本的电涡流位移传感器。本文对电涡流传感器的原理进行了介绍，并详细介绍了硬件电路的原理设计、参数选择。
　　基于本文提出的新型磁轴承电力电子变换器和位置传感器，本文最后将上述优化方案各自制作了样机，并在磁轴承实验平台上进行了实验验证。通过磁轴承平台下的转子悬浮实验以及旋转实验，证明了新型电力电子变换器以及低成本位移传感器的可行性。