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高速切削技术提出以后，电主轴向着更高速、高精度的方向发展，传统的机械轴承由于存在摩擦，越来越不能满足高速运行的要求，因此利用磁悬浮轴承无磨损、转速高、精度高、损耗低的特点，对高速电主轴进行磁悬浮支承能够大大提高电主轴的性能。由于三极磁轴承具有径向磁轴承最简单的定子结构，并且能够采用技术成熟、成本低的三相功率逆变器驱动，因此本文在江苏省自然科学基金项目（BK2012707）和江苏省研究生创新工程项目（KYLX_1046）的资助下，针对高速电主轴的三极磁轴承支承系统开展研究，主要研究内容如下： 1.设计了磁悬浮电主轴的整体结构，采用三极径向-轴向混合磁轴承支承转轴的前端径向两个自由度和轴向自由度，采用双片式三极混合磁轴承支承转轴的后端径向两个自由度，针对磁悬浮电主轴的电机参数，给出了前端径向-轴向磁轴承和后端径向磁轴承的承载力要求。介绍了三极径向-轴向混合磁轴承和三极混合磁轴承的工作原理，建立了其数学模型，分析了逆变器驱动对三极磁轴承径向承载力的影响，发现x轴负方向的承载力最小，因此根据x轴负方向满足承载力要求设计了前端和后端磁轴承的结构参数。 2.三极磁轴承与传统的径向四极或八极磁轴承的悬浮力特性不同，其非线性更强，并且径向两个自由度之间存在耦合，因此针对未线性化的悬浮力数学模型分析径向悬浮力与控制电流之间的非线性关系和径向两个自由度之间的耦合。并采用有限元仿真验证了分析结果的正确性。通过比较可以发现，三极径向-轴向混合磁轴承和三极混合磁轴承的径向悬浮力特性非常相似：x轴方向悬浮力与控制电流之间为一元二次方程关系，并且随着y方向控制电流的平方减小，y轴方向悬浮力与控制电流之间为线性关系，并且斜率随着x方向控制电流的增大而减小。 3.由于三极磁轴承悬浮力的强非线性和耦合特性，针对三极磁轴承采用线性控制理论中的控制方法具有本质的缺陷，因此将逆系统解耦方法与模糊神经网络对非线性函数的逼近功能相结合，在悬浮力非线性模型的基础上，分析了三极径向-轴向混合磁轴承和三极混合磁轴承的可逆性，采用模糊神经网络逆方法实现非线性解耦控制。 4.设计了电主轴三极磁轴承支承系统的数字控制系统硬件和软件。设计了基于TMS320F2812的数字控制器，转子位移检测模块，轴向功率驱动电路和径向功率驱动电路。软件部分包括主程序、主中断服务子程序以及实现各功能模块子程序，介绍了其设计流程图。提出了一种近似测量悬浮力与控制电流之间关系的方法，验证了关于三极混合磁轴承径向悬浮力-电流特性的分析。基于所构建的数字控制系统进行了转子起浮、稳定悬浮、扰动和负载等实验研究。提出了模糊神经网络逆控制的实现方法与步骤。 5.根据三极径向-轴向混合磁轴承径向悬浮力-电流特性的计算过程，分析出悬浮力非线性及耦合产生的原因，并针对该原因提出了结构改进的方法，即提出了六极径向-轴向混合磁轴承。介绍了改进结构的磁轴承工作原理，推导了其悬浮力数学模型，针对未线性化的悬浮力模型分析了径向悬浮力-电流特性，并进行了有限元仿真验证，证明了改进结构的磁轴承径向悬浮力非线性大大减小，且几乎没有耦合。根据传统三自由度磁轴承设计方法中径向和轴向承载力不能独立设计的缺陷，提出了一种独立径向、轴向承载力的三自由度磁轴承参数设计方法。