一种高速磁悬浮飞轮稳定控制系统，包括位移传感器、位移信号接口电路、转速检测电路、磁轴承控制器和磁轴承功率放大驱动电路。磁轴承控制器包括轴向磁轴承控制器和径向磁轴承控制器，其中径向磁轴承控制器由分散PID控制模块和交叉反馈控制模块两部分组成，两模块输出之间以相互交叉并联的反馈方式相连。本发明在分散PID控制的基础上，并联引入由前向涡动滤波器和后向涡动滤波器组成的交叉反馈控制，利用前向涡动、后向涡动在频率和涡动方向上的差别，以及前向涡动、后向涡动随转速的变化规律，结合飞轮转子转速信号，对前向涡动和后向涡动同时实现相位超前补偿，从而有效提升飞轮的临界转速，同时保证磁悬浮飞轮系统在整个升、降速过程中稳定运转。