磁悬浮轴承(简称磁轴承)利用磁场力将转子悬浮于空间,使转子和定子之间没有任何机械接触的一种新型高性能轴承,具有无机械接触、无磨损、无需润滑、无污染、高精度、寿命长等突出优点,在机械工业、航空航天、能源交通、机器人等领域具有广泛潜在应用前景。本文在国家自然科学基金项目“交流混合磁轴承支承高速机床电主轴系统研究”(50575099)支持下,研究了一种新型结构的五自由度混合磁轴承支承的电主轴系统,建立了状态方程,并对支承五自由度的混合磁轴承进行了参数设计和性能分析,设计了直流混合磁轴承的驱动与控制系统,并进行了实验调试。具体研究内容如下：　　 ⑴介绍了五自由度电主轴的总体结构,阐述了直流混合磁轴承的工作原理,分析了单自由度直流混合磁轴承和二自由度直流混合磁轴承的结构,在建立悬浮力数学模型的基础上,建立了五自由度直流混合磁轴承电主轴系统的状态方程。　　 ⑵对轴向直流混合磁轴承和径向直流混合磁轴承进行了详细的参数设计,并且利用MATLAB软件对轴向、径向悬浮力非线性特性进行了仿真分析,利用有限元分析软件ANSOFT建立了试验样机模型,对其机械机构和磁路结构进行了计算分析,验证了结构设计的合理性和可行性。　　 ⑶设计了直流混合磁轴承驱动及控制系统,并进行了理论和实验研究。给出了直流混合磁轴承的系统控制框图,设计了基于集成电路芯片IR2130和TL494的集成式两电平PWM开关功率放大器和基于改进的微分线性不完全微分控制算法的模拟PID控制器,并设计了基于DSP的数字PID控制器。以轴向直流混合磁轴承系统为例,采用电涡流传感器、开关功率放大器、和模拟PID控制器、轴向磁轴承实验台构建了实验系统,对磁轴承起浮性能进行了测试,给出了相关实验波形。实验结果表明设计的开关功率放大器、模拟PID控制器能够满足磁轴承性能要求,系统具有良好的动静态性能。