五轴机床加工技术代表着国家制造水平的核心竞争力,而主轴则是机床的核心部件。具备主动控制的磁悬浮智能主轴是下一代“智能机床”中主轴方案的有力候选者。满足五轴加工机床使用的磁悬浮主轴,其本身是一个复杂的机电一体化系统,存在着开环不稳定、模型非线性等特性,且易受外界干扰等因素影响。研制具备主动控制特性的机床-磁悬浮智能主轴控制系统,并设计满足加工性能的磁悬浮轴承控制算法是一件前沿且具有挑战的工作。本文研究着眼于智能制造中机床加工技术的实际战略需求,开发能够满足五轴加工机床使用的智能磁悬浮主轴控制系统,并设计磁悬浮的高性能悬浮、旋转控制算法,实现机床-智能磁悬浮电主轴系统的整体性能。根据本文的研究目标,主要完成了如下工作内容:探究了磁悬浮主轴系统的基本工作原理,分析其智能主轴闭环控制系统及其主要功能模块,设计了基于DSP芯片的软硬件控制器系统,完成了机床-智能主轴集成,搭建了智能主轴控制系统原型机,介绍了主轴的基本动力学模型及其非线性特性。针对磁悬浮轴承受外界干扰这一典型问题,通过设计扩展状态估计器对干扰和未建模动态进行估计,构建磁悬浮轴承基于干扰估计的线性自抗扰控制和非线性滑模控制闭环系统,探讨了参数选择对控制器带宽的影响,分析了外界干扰尤其是不平衡效应下闭环系统的响应效果,指出了基于干扰估计的控制算法在磁轴承系统应用的优势,论证了在外界干扰下磁悬浮轴承系统的稳定性条件。针对电磁力的非线性动力学在平衡点附近线性化模型的不准确性,借助区间二型模糊模型提取基于不同工作点的子模型,并对磁悬浮轴承全气隙空间内的非线性动力学进行逼近,设计了相对应的二型模糊控制器并得到联合模糊模型,基于李雅普诺夫理论得到了控制器的线性矩阵不等式稳定性条件,并论证了饱和约束下的充分条件,实验证实了方法能够有效提升磁悬浮轴承的悬浮性能,保障轴承的悬浮支撑基础。针对磁悬浮主轴作为旋转机械的不平衡效应问题,分析了不平衡效应下反映在位移上的动态不平衡振动特性。依托磁悬浮轴承的主动控制与信号传感的独特优势,设计了一种无需转速传感器的同频信号处理器,实现了振动信号同频分量的提取和在线转速估计,理论分析了同频信号处理器估计信号的无偏性。构建了基于转子不平衡振动抑制补偿框架,有效降低了磁轴承旋转的不平衡振动响应,为智能化高品质加工奠定基础。最终依托所设计的磁悬浮主轴嵌入式软硬件控制系统,实现了智能主轴转子在2万4千转每分钟的转速下,对铝合金工件铣削加工的应用验证,验证了智能主轴-机床系统的加工性能。本文为复杂曲面类零件多轴加工机床开发了智能主轴控制系统,并设计高效实用的悬浮和旋转控制算法,保障系统性能,为智能制造中的下一代机床方案提供一种可选方案。