无轴承永磁同步电机（Bearingless Permanent Magnet Synchronous Motor(BPMSM)）是一种新型的集旋转与转子自悬浮功能于一体的电机。具有无摩擦、无磨损、不需润滑和密封、精度高、维护小，成本低等优点，且不需激磁电流，因此在化学泵、蜗轮分子泵、血泵、高速磨粉机、压缩机及高速飞轮等设备广泛应用。与普通永磁同步电机相比，BPMSM稳定运行时转子处于自悬浮状态，外界扰动、参数摄动等因素使转子位置、速度及径向位移更容易产生振动和突变。本文围绕BPMSM悬浮力产生机理对BPMSM数学模型、非线性解耦控制，无位置传感运行进行了深入的理论分析与试验研究。以面贴式四极转矩绕组和二极悬浮绕组BPMSM为例，从麦克斯韦张量法出发，对悬浮力产生机理进行深入分析，考虑永磁体、转矩绕组、悬浮绕组和转子偏心等因素，分析和建立了悬浮力数学模型及电磁转矩数学模型，同时从转子动力学出发，建立转子运动方程及系统运动方程。研究了基于转子磁场定向控制的非线性解耦，控制系统采用PID控制悬浮绕组的径向悬浮力，采用PI控制转速，但在负载扰动的时候动态性能差，因此首次将分数阶PIλ控制器应用到BPMSM控制中，分数阶控制器具有很多整数阶系统无法实现的优越性，仿真实验表明采用分数阶PIλ控制器的BPMSM控制系统比采用整数阶PI控制BPMSM控制系统具有更快的响应速度、更好的抗干扰性能，鲁棒性好。为了解决系统在系统参数和扰动变化产生的抖振问题，将智能控制和分数阶结合起来，设计了基于神经网络的分数阶滑模控制器，控制悬浮绕组的径向悬浮力，以减少抖振的发生。仿真和实验结果说明了神经网络分数阶滑模控制系统不但能削减抖震，而且能达到较高的综合控制性能。研究结果为智能分数阶控制器在BPMSM悬浮控制系统中的应用提供了理论依据，为进一步开展BPMSM高速运行稳定悬浮奠定基础。针对BPMSM无位置传感器运行的要求，提出了基于滑模观测器的BPMSM无传感器运行控制研究并通过实验验证BPMSM无位置传感器运行。最后归纳了本文的研究成果和创新工作，并对进一步的研究提出了建议。