磁轴承具有功耗低、无摩擦磨损、无需润滑和密封、高速度、高精度、寿命长等一系列优点，具有对转子主动控制能力，在各类悬浮支承领域具有潜在的应用前景。本课题研究一种新型的五自由度磁悬浮电主轴系统，具体由一个交流二自由度混合磁轴承，一个交直流三自由度混合磁轴承和高速电机等构成，目标是研制出一种结构紧凑，整体体积小，制造与运行成本低，并可应用于工业领域的新型磁悬浮电主轴系统。本论文在国家自然科学基金(50575099)的资助下，围绕交流混合磁轴承结构、数学模型及控制等开展了深入研究。具体内容如下：首先，根据磁轴承转子系统的特点，介绍了磁轴承与控制器的设计方法，列出了系统的主要技术指标，并针对可控二自由度混合磁轴承进行了具体研究，给出了几种典型磁轴承的机械结构，比较了它们的优点，为后续工作的开展奠定了基础。其次，针对二自由度磁轴承，分别设计了直流和交流二种新颖的磁轴承。采用等效磁路法对该磁轴承的磁路进行了计算，推导出径向悬浮力公式；再依据悬浮力的线性化数学模型给出了机械与电气参数设计方法；接着采用有限元分析ANSOFT软件对样机的磁路进行了仿真分析，仿真结果验证了理论设计的合理性。再次，依据转子的运动方程，建立了径向四自由度转子系统的状态方程，结合控制策略、各项传递函数，建立了控制系统，并在Matlab软件平台上建立了仿真模型，通过仿真验证了该控制系统具有较好的性能。最后，基于CRPWM三相逆变器功放电路，采用TMS320F2812 DSP构建了数字控制系统的硬件，开发了数字控制系统的相关软件，给出了各个功能模块的流程图。并以二自由度交流磁轴承数字实验系统进行实验验证，给出了相关实验结果，为进一步开展各项参数调试与功能测试奠定了实验条件。