无轴承电机突破传统电机保持气隙磁场平衡,仅仅产生电磁转矩的旧框架,利用磁轴承结构和电机定子结构的相似性,通过定子中两套不同极对数绕组磁场的相互作用,破坏传统电机气隙磁场的对称性,产生电磁转矩和径向力,能同时实现转子悬浮和旋转功能。无轴承异步电机(Bearingless Induction Motor, BIM)集异步电机(结构简单、齿槽脉动转矩低、易于弱磁控制、可靠性高等)和磁轴承(无磨损、无接触、无噪声、无需润滑和寿命长等)优点和功能于一体,能实现高速及超高速、真空、洁净、腐蚀等特殊环境的无轴承支承运行,能推动装备向高、精、尖方向发展,目前已经成为特种驱动/传动领域的研究热点之一本文在国家自然科学基金项目(61104016、60974053)和江苏省高校自然科学基金项目(11KJB510002)的资助下,为了解决BIM应用于高速驱动/传动领域中遇到的技术难题,并以实现BIM高速度、高可靠、低成本运行为目标,对其可实现结构、数学模型、电磁分析、多变量非线性解耦控制、无速度传感器运行、数字控制系统实现等方面进行了重点研究,主要研究工作及取得的成果如下：1.在介绍传统电机中存在的麦克斯韦力和洛仑兹力基础上,阐述了BIM径向力产生机理；基于电磁场理论,分析了BIM转子所受的洛伦兹力,以及转子不偏心和偏心两种情况下转子所受的麦克斯韦力,并进行了数学推导；在分析比较不同BIM可实现结构一般形式的基础上,设计了实验用BIM系统机械结构。2.详细推导BIM数学模型,并提出采用有限元瞬态法,通过详细分析不同情况下BIM电磁场分布和径向力计算值,验证了BIM悬浮机理以及径向力数学模型的正确性和精确度,为BIM进一步的悬浮解耦控制奠定了基础。3.针对BIM多变量、非线性、强耦合的特点,分别以2自由度和5自由度BIM为被控对象,将逆系统与最小二乘支持向量机(LSSVM)目结合,提出了基于LSSVM逆的BIM动态解耦控制方法。建立2自由度BIM状态方程,证明其可逆,通过LSSVM逼近原系统的逆模型,并将其串接于原系统之前,将2自由度BIM线性化解耦成位移、转速和磁链子系统,并设计复合控制器,仿真结果表明采用该策略系统具有优良的解耦效果和动态特性。鉴于LSSVM逆方法的优越性,充分利用LSSVM在有限数据样本下对高维非线性函数的回归能力,辨识5自由度BIM逆模型,并利用粒子群算法优化LSSVM参数,以提高其对逆模型的拟合和预测精度。将LSSVM逆与原系统串联得到伪线性系统,并运用线性系统理论设计闭环控制器,仿真结果表明该方法同样实现了5自由度BIM转速、磁链、径向位移和轴向位移之间的高精度非线性动态解耦控制。4.针对BIM无速度传感器运行的需要,提出一种基于LSSVM左逆的转速软测量策略。根据BIM数学模型参量的内在约束关系,建立转速与转矩绕组电流关系的转速子系统,并证明其可逆。采用LSSVM构造转速子系统左逆软测量模型,并将其与原转速子系统相串联,复现该子系统的转速输入,从而实现了对转子速度的有效观测。应用该策略构建BIM无速度传感器矢量控制系统仿真平台,仿真结果表明该策略能在BIM全速范围内准确观测出转子速度,实现BIM在无速度传感器方式下的稳定悬浮运行。5.针对BIM控制系统采用电流调节型脉宽调制(CRPWM)逆变器实现转速和径向位移单闭环控制的不足,提出了基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)算法的BIM矢量控制策略,对BIM转矩绕组和径向力绕组分别增加了电流内环,改善了系统的控制性能。构建了以TMS320F2812数字信号处理器(DSP)为核心的BIM数字控制系统硬件和软件系统,并在此数字控制实验平台上进行了BIM动态悬浮运行的实验研究,最后给出了实验波形并分析了实验结果。实验结果表明所设计的数字控制系统能实现BIM的稳定悬浮运行,而且具有优良的静、动态特性。