主动磁悬浮轴承由于其功率损耗小、无摩擦、无润滑等优点,在越来越多的领域中得到发展和应用。反步控制技术具有动态响应速度快、超调量小、算法简单等众多优点。本文研究在磁悬浮轴承系统中应用基于扩张状态观测器的反步控制算法,尝试获得较好的效果。首先分析推导出线性化的磁悬浮轴承单自由度电磁力,以此为基础推导了五自由度磁轴承转子的传递函数。并且对磁悬浮轴承系统的支承特性进行了分析。接着介绍了反步法的基本理论,以及扩张状态观测器的原理和作用,设计了基于扩张状态观测器的磁悬浮轴承反步控制器。搭建仿真模型进行了阶跃、正弦以及噪声干扰的系统仿真,仿真表明:和PID控制相比,基于扩张状态观测器的磁悬浮轴承反步控制系统具有更好的抗干扰性能。最后,完成控制器的硬件和软件设计,完成实验平台的搭建,通过起浮试验、静态悬浮试验、干扰试验以及动态旋转试验分析基于扩张状态观测器的反步控制的磁轴承系统的运行性能。试验结果表明:基于状态观测器的反步控制器下的系统具有较好的起浮特性,响应时间更快,无超调量,悬浮时能稳定在中间位置。受到相同的阶跃、正弦扰动时,基于状态观测器的反步控制器下的系统相比PID控制转子第一自由度位移偏移值分别减小了23.4%,28.5%。并且基于状态观测器的反步控制器的系统相对于PID控制在高速转动时对转子的振动有着更好的控制效果,系统在24000r/min高速旋转时,转子的位移波动在第一、三自由度分别减少了约16.3%、11.7%。