无轴承异步电机(Bearingless Induction Motors,BIM)将异步电机与磁轴承有机结合,能同时实现转子旋转和悬浮。BIM具有成本低、结构简单、气隙均匀、无摩擦磨损、易于弱磁调速等优点,在数控机床、航空航天、医疗器械等领域具有重要的理论和实际应用价值。本文在国家自然科学基金面上项目(51475214),对BIM径向悬浮力产生机理及其工作原理、数学模型建立、转子抗扰动控制、转子不平衡振动补偿控制、数字控制系统设计等方面进行了研究,主要内容如下:(1)阐述了无轴承电机研究背景和国内外现状,并对BIM研究现状、发展趋势及其应用领域进行了介绍。概述了自抗扰控制技术以及振动抑制技术的研究状况。在分析BIM基本结构及其运行原理的基础上,建立其数学模型,并构建了BIM气隙磁场定向解耦控制系统,为转子扰动与振动补偿控制奠定基础。(2)为了解决BIM因转子质量分布不均和负载变化产生的径向扰动问题,提出一种基于改进自抗扰控制器(Active Disturbance Rejection Controller,ADRC)的BIM转子径向扰动控制策略。采用三次插值方法对ADRC的非线性函数进行拟合,改善了控制器性能。同时设计扰动观测器并运用到悬浮系统,将观测到的扰动加速度以电流的形式进行补偿,有效抑制转子径向扰动,提高电机悬浮性能。(3)为了解决BIM因转子质量偏心导致的不平衡振动问题,设计了一种不平衡力前馈补偿控制器与电流补偿环节。与转速同频的振动信号经同步信号检测单元提取后再由前馈补偿控制器产生补偿力分量,同时通过电流补偿环节将悬浮绕组在转子中感应出的电流考虑进悬浮系统,有效减小转子径向位移,抑制转子的不平衡振动。(4)建立了以TSM320F2812DSP为核心的BIM数字控制系统并开展实验研究。实验结果表明,所设计的控制系统不仅具有较好的转速响应,而且有良好的悬浮特性和抗扰动能力。