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近年来,以电磁发射、高速滑橇、超级高铁等为代表的地面超高速系统成为研究热点。为克服现有轮轨或滑块支撑以及火箭发动机推进存在的磨损、振动、速度极限、效率较低、成本较高等瓶颈和不足,利用电磁感应原理,通过磁悬浮系统实现无接触的支撑、电磁推进系统实现速度可控的推进,设计更加安全、平稳、速度更高、成本更低的超高速系统。本文在综合考虑电磁推进、悬浮导向等整体结构的基础上,重点对超高速悬浮系统的特性分析、结构设计、控制方法及实现等开展研究。主要工作包括:首先,以高速滑橇作为应用对象,进行超高速系统需求分析,明确超高速悬浮和电磁推进系统所需达到的性能指标。对TR高速磁浮系统、日本JR超导磁浮系统以及Magplane永磁磁浮系统的悬浮推进结构进行分析比较,EDS被动悬浮结构简单可靠,悬浮刚度较大,悬浮力随速度提高逐渐增大,可以向超高速系统提供足够的悬浮力。但是EDS悬浮结构零阻尼临界稳定,容易发生振荡,存在发散的可能性。现有技术方案存在一定的局限性,难以完全满足超高速悬浮推进系统的需求。其次,EMS电磁悬浮结构性能可控,且通过结构优化,可以将涡流效应的影响控制在一定的范围。将EMS悬浮结构与EDS悬浮结构结合,用于超高速悬浮,两者优势互补,可以满足悬浮能力要求。同时,结合空芯超导直线同步电机推进,提出一种原理可行的超高速悬浮推进系统结构方案,该方案能够满足超高速系统的运行指标要求。然后,建立超高速悬浮系统EDS-EMS混合悬浮结构模型,系统本身非线性、时变、耦合、不确定且扰动复杂。其线性化近似模型能观且能控,当运动速度足够高,EDS-EMS混合悬浮系统开环稳定,但仍然需要对EMS悬浮结构进行主动控制,以改善EDS悬浮结构临界稳定特性,提高EDS-EMS混合悬浮系统的阻尼和抗扰动能力。采用PID控制器,基于极值搜索算法,在线优化PID控制参数,适应负载变化以及扰动影响,能够基本满足系统需求。但是,受极值搜索PID算法优化速度和精度的限制,该方法不能完全满足超高速系统负载和扰动变化的控制需求。最后,通过迭代计算各个状态的观测误差并进行反馈,提出一种改进型的扩张状态观测器。所提出的观测器结构简单,假设条件要求较低且容易判断,收敛条件明确,参数调试简单,工程应用容易实现。基于改进型扩张状态观测器设计的自抗扰控制器,可以使系统观测误差和跟踪误差足够快地收敛到足够小的邻域内。仿真和试验结果表明,基于改进型扩张状态观测器作用的自抗扰控制器能够使超高速悬浮系统收敛和稳定。超高速悬浮系统是一个结构复杂、运行要求极高的系统。到目前为止,国内外还没有实际可行的技术方案,研究还处于起步阶段,许多关键技术还有待研究突破。本论文的研究内容在国内尚属首次,研究成果将为我国的超高速发射和磁浮交通技术奠定基础。