感应电机因结构简单、运行可靠、价格低廉等优势已广泛应用在交通运输、工业制造等领域。对感应电机控制系统的研究与应用得到了广泛关注。基于磁场定向的感应电机矢量控制技术有良好的动、静态性能,无速度矢量控制更是简化了系统结构、降低了成本、提高了控制系统可靠性。感应电机是强耦合的非线性系统,电机参数变化、负载扰动等因素会影响其控制性能,因此,新型的无速度传感器感应电机控制成为当前研究热点。分数阶微积分具有控制灵活、对参数变化鲁棒性强等特点;滑模控制有响应快、对参数变化及扰动鲁棒性强、结构简单、易实现等特点。分数阶滑模控制结合了这两种控制的优点,进一步提高了传统滑模控制性能,成为滑模控制领域一个新的分支。本文通过对分数阶微积分、滑模控制、分数阶滑模控制理论的深入研究,提出了感应电机分数阶滑模磁链观测和转速估计方法,并设计了带负载观测的动态分数阶滑模速度控制器。最后将所设计的观测器和控制器应用到运行环境复杂、恶劣的矿用机车牵引电机控制中,有效地提高了系统控制性能及可靠性。本文主要研究内容包括:(1)在分析传统电流型和电压型转子磁链观测基础上,提出了基于速度关联函数的混合型磁链观测器,根据转速变化实现了电流型和电压型观测器之间的平滑切换,在全速范围有较好地观测精度。但混合型磁链观测属于开环观测,观测过程中需要确定转速切换值,这不仅会影响观测性能,而且在实际应用中通用性较差。为进一步研究,本文提出改进趋近律的分数阶滑模转子磁链观测器,并进行了稳定性证明。分数阶滑模观测不仅保证了系统的全局鲁棒性,还有效抑制了滑动模态中的抖振。仿真分析表明,基于改进趋近律的分数阶滑模磁链观测器明显抑制了滑动模态的抖振,提高了转子磁链观测精度,为高性能矢量控制和转速估计奠定了基础。(2)转速估计是实现电机无速度传感器矢量控制的核心部分。本文借助于分数阶滑模转子磁链观测进行了电机转速估计,实现了转子磁链定向的感应电机无速度传感器矢量控制。针对电机运行在不同工况进行了仿真分析,并实验验证了基于分数阶滑模观测器的无速度矢量控制的有效性。(3)速度控制器是影响感应电机无速度矢量控制系统性能的关键部分。整数阶PI控制的本质是线性控制,对控制系统参数变化适应性差。本文将分数阶微积分、分数阶滑模控制理论应用于感应电机无速度矢量控制系统的速度控制器中。设计了智能分数阶PI~λ速度控制器,有效提高了系统的控制性能。为进一步提高系统控制性能和抗负载扰动性能,提出了带负载观测的动态分数阶滑模速度控制,在仿真实验中与整数阶积分滑模、分数阶积分滑模控制进行对比分析,表明带负载观测的动态分数阶滑模转速控制不仅输出转矩稳定,还有更好的动、静态性能和鲁棒性,并通过实验验证了动态分数阶滑模控制的可行性。(4)为了验证本研究课题的工程实用性,将本文研究内容应用到了矿用机车牵引电机控制中,实现矿用牵引电机无速度传感器矢量控制。并将分数阶PI~λ和带负载观测的动态分数阶滑模控制策略分别应用到了矿用牵引电机的无速度矢量控制速度控制器中。通过仿真分析了矿用机车运行在不同工况下的性能,并通过实验验证了矿用牵引电机基于PI~λ控制的无速度矢量控制的可行性。