飞轮储能系统由于其充电时间短、功率密度高、储能密度大、对环境要求低、可模块化等优点而被广泛关注,但是飞轮的高速旋转所带来的机械摩擦损耗成为了限制其发展的重要因素之一,将磁悬浮支承技术应用于飞轮储能系统中可以避免机械摩擦,提高系统的储能效率与使用寿命,磁悬浮飞轮储能系统具有更广泛的应用前景。交流混合磁轴承具有结构紧凑、功耗低、控制简单等优点,将其应用于磁悬浮飞轮储能系统中具有较大的优势,本文采用新型五自由交流混合磁轴承作为飞轮储能系统的支承系统,围绕磁悬浮支承系统的结构设计、数学模型、控制方式等对其进行了研究,主要的研究内容如下:首先,介绍了磁悬浮飞轮储能系统的基本原理,提出了几种常见的磁悬浮总体支承方案,并分析比较了几种方案的优缺点,最终选择使用一个二自由度交流混合磁轴承和一个三自由度交流混合磁轴承来支承系统。其次,通过对磁路结构的分析,计算了永磁体产生的偏置磁通大小对交流混合磁轴承设计的影响,并分析了不同设计带来的优势与不足,针对永磁偏置的交流混合磁轴承存在的一些问题,提出了利用电流与永磁体共同产生偏置磁通的组合偏置方法,详细阐述了组合偏置方法的原理与优点。再次,利用组合偏置方法分别设计了二自由度组合偏置磁轴承和三自由度组合偏置磁轴承,给出了详细的参数设计步骤,推导出五自由度交流组合偏置磁轴承的悬浮力数学模型以及直流偏置电流的大小,通过Ansoft软件对磁轴承进行了有限元分析,验证了组合偏置原理的正确性,且仿真结果显示悬浮力大小达到了设计要求。最后,构建了五自由度交流组合偏置磁轴承的数字控制实验平台,详细介绍了实验硬件组成、软件结构与调试过程,完成了对磁轴承转子的起浮试验与扰动试验,并分析了试验结果。