无轴承异步电机(A Bearingless Induction Motor,BIM)通过叠绕在定子槽中两套绕组的共同作用,同时实现了电机转子的旋转与自悬浮。它无需机械轴承支撑,突破了机械轴承对临界转速的限制,具有无摩擦磨损、无需润滑、结构简单等优点,在高速高精数控机床、半导体加工、生命医学等领域具有广泛的应用前景。本文就BIM悬浮机理、数学模型、无速度传感器控制、分数阶滑模控制以及数字控制系统等展开研究,主要工作及取得成果如下:(1)阐述了无轴承电机的研究背景和现状,并对BIM发展关键问题和应用领域进行了概述。介绍了滑模变结构的研究现状、滑模抖动的产生和抑制以及分数阶微积分在滑模中的应用。在建立BIM数学模型的基础上,设计了基于转子磁场定向控制系统,为滑模观测和控制研究奠定基础。(2)针对无轴承异步电机低成本、高性能运行要求,提出一种改进滑模观测器和锁相环的无速度传感器控制策略。将具有双边界层结构的切换函数引入滑模观测器,并建立了转子磁链的观测方程,然后利用锁相环的高精度相位跟踪性能,从观测磁链中提取转速信息,提高了BIM转速自检测精度。(3)为提高无轴承异步电机控制系统的抗负载扰动能力,提出了一种改进负载转矩观测器的分数阶滑模控制策略。将速度误差信号的分数阶积分算子引入滑模面的设计中,并根据BIM数学模型设计分数阶滑模控制器,用比例积分形式代替传统降价负载观测器中的积分形式设计出改进的负载转矩观测器,并将实时观测的负载转矩引入分数阶控制器,有效提高了BIM调速系统的抗扰动能力并改善了其动态响应性能。(4)搭建基于TMS320F2812型DSP的数字控制系统,分别介绍了硬件电路和软件设计,并针对BIM样机开展实验,研究了其转速响应、转子径向位移、转子运动轨迹等,表明所设计的电机系统具有优良的转速性能和悬浮特性。