轴承是机床系统中不可分割的一部分,但由于配合面的直接接触所产生的接触力与摩擦力会诱发磨损,从而降低机床和轴承系统的寿命。而磁悬浮轴承通过可控磁力实现转子的悬浮,避免了接触所带来的机械磨损,同时可以通过测量转子在机床加工过程的振动偏差并进行主动抑制。这种无摩擦、无接触和可进行主动控制的优点使得磁悬浮轴承在交通、机械工业和航天领域有着广泛的应用前景。磁悬浮轴承系统是典型的机电一体化设备,融合了机械学、控制理论、电磁学及计算机科学等多门学科技术。磁悬浮轴承系统本身是开环且不稳定的复杂系统,非线性、强耦合的特性给控制器的设计带来了困难,控制器的设计是一直是研究的热点和难点。本文以安装在立式铣床上的电磁主轴作为研究对象,详细研究了主动磁悬浮轴承系统的各组成部分的特性。基于等效磁路的方法,通过机理建模得到磁悬浮轴承单自由度的数学模型,并将得到的非线性模型进行线性化处理。在此基础上建立磁悬浮轴承的径向四自由度数学模型,分析了有无转速和结构参数不对称性情况下的耦合特性。进一步设计前馈解耦控制器将耦合的系统解耦成四个独立的单自由度系统,显著降低了系统参数在线辨识的计算复杂度,方便后续控制器设计。针对解耦后的单自由度系统,设计模型参考自适应控制方法,以此构建了磁悬浮轴承的闭环控制系统。与传统的PID控制方法进行了比较,在不损失控制精度的前提下,实验证明了模型参考自适应控制方法取得了更好的暂态性能。最后,采用TMS320F28377作为核心芯片,提出了数字集成控制器的总体方案,着重介绍了电源模块、位移采样电路、电流采样电路以及电流驱动电路的设计。并在所搭建的实验平台上对主动磁悬浮轴承进行了悬浮和旋转实验,验证了所设计的控制方法和控制系统的有效性。本文的研究内容为后续嵌入主动控制的磁悬浮轴承系统在复杂曲面切削加工、离心泵的振动抑制等工业应用中奠定基础,具有深远意义。