磁轴承是利用电磁力将转子悬浮于定子几何中心的一种非接触式的新型高性能轴承,它具有无摩擦、无磨损、无需润滑和密封、高速度、高精度、寿命长等一系列优良品质,为高速电主轴系统技术水平的提高创造了有利条件。目前,对磁轴承的研究主要还是以主动直流控制式磁轴承为对象,一个径向主动直流控制式磁轴承通常采用两个双极性功放,导致主动直流控制式磁浮电主轴结构复杂、体积大、成本高,难以在工程中推广应用。论文在国家自然科学基金(50575099)的支持下,根据无轴承电机原理,研究设计一种新型结构、采用逆变器驱动的交流混合磁轴承支承的电主轴系统,建立了系统状态方程、分析了出磁轴承的刚度和阻尼特性、研究其数字控制技术。论文主要工作如下:首先,交流混合磁轴承数学模型和磁浮电主轴状态方程的建立。阐述了二自由度、三自由度交流混合磁轴承的机械结构和工作原理,采用等效磁路法对其建立了数学模型;在此基础上,建立了五自由度交流混合磁浮电主轴的状态方程。其次,对交流混合磁轴承的刚度和阻尼特性进行了研究。在定义交直流混合磁轴承刚度与阻尼,并对交直流混合磁轴承刚度与阻尼进行计算的基础上,分析了磁轴承控制系统采用PD控制器时,控制参数对磁轴承刚度与阻尼的影响。为了研究控制策略对磁轴承刚度与阻尼的影响,定义了磁轴承广义刚度;在定义磁轴承综合动刚度并建立其数学模型的基础上,利用Matlab软件仿真分析偏心比与偏置磁场比对综合动刚度的影响。最后,研制了五自由度交流混合磁轴承数字控制系统硬件和软件。在设计五自由度交直流混合磁轴承控制系统的整体框架的基础上,采用TI公司的TMS320F2812 DSP芯片作为五自由度交流混合磁轴承系统的数字控制器核心器件,设计了DSP开发板,研制了功率驱动电路、位移接口电路等硬件,并开发了由上位机和下位机的通信软件和磁轴承数字控制系统软件。理论研究与试验结果表明:论文研究的交流磁浮电主轴系统,结构设计合理,构建的数字控制系统控制性能良好。