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无轴承异步电机(A Bearingless Induction Motor,BIM)同时具有磁轴承和异步电机的优良品质,在众多领域有着不可替代的地位,其拥有气隙均匀、结构牢固简单、齿槽转矩脉动低、无磨损摩擦、无需润滑及使用寿命长等特点,能够实现真空以及腐蚀等特殊环境的“磁悬浮”运行。本文在国家自然科学基金面上项目(51475214)和江苏省自然科学基金面上项目(BK20141301)的资助下,在BIM运行机理、数学模型建立、非奇异快速终端滑模变控制、扰动观测器的自适应指数滑模控制以及数字控制系统实现等方面开展了研究,主要内容如下:首先,阐述了BIM的研究背景、研究现况、发展趋势和应用领域。介绍了BIM运行机理并建立其数学模型;基于气隙磁场定向控制方法搭建了控制系统,实现了BIM旋转和悬浮,验证了数学模型和悬浮机理的正确性。其次,为了解决BIM转速与径向位移控制响应较慢和抖振问题,提出了非奇异快速终端滑模控制(Nonsingular Fast Terminal Sliding Mode Control,NFTSMC)策略。应用该策略设计BIM速度和径向位移控制器,通过趋近速度与系统状态变量关联,弥补了线性滑模收敛性能差及终端滑模奇异性的不足。仿真结果表明,该方法能快速地跟踪BIM转速及径向位移给定值,同时削弱了滑模系统固有抖振。再次,为了改善BIM控制系统品质,设计一种自适应指数滑模控制(Adaptive Exponential Sliding Mode Control,AESMC)和在线辨识系统扰动变量的扰动滑模观测器。系统趋近速度可随着滑模切换面和系统状态的改变而变化。另外,将扰动滑模观测器的输出对系统进行前馈补偿控制,实现转速反馈自适应调整运行状态以及降低扰动对系统性能的影响。仿真结果表明,该策略对系统不确定扰动具有较强鲁棒性,实现了对不确定干扰的精确辨识,提高了BIM调速系统的抗扰动能力。最后,在空间电压矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)的基础上建立了BIM矢量控制系统,并采用TMS320F2812 DSP控制芯片构建了数字控制实验平台。实验结果证明,所设计的数字控制系统能够实现BIM稳定悬浮,且静、动态性能良好。