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无轴承异步电机（Bearingless Induction Motor,BIM）是一种结合了磁轴承与高速电机的新型电机。近十年来,随着电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的不断发展,BIM结构和相关控制策略得到了迅猛发展和完善,在高速精密机械加工、机电电池、特种机器人、生命科学、半导体制造等领域展现出了广阔的应用前景,具有较高的实际应用意义。与其它电机相比,BIM具有结构简单、运行方便、成本低廉、使用维护方便、高运行效率、无摩擦、无磨损、高精度等一系列优点,成为了当今无轴承技术研究范围内的热点之一。为了进一步解决BIM在实际应用中出现的相关问题,实现BIM在高速超高速环境下运行和运行成本的节约,本文对其悬浮原理、数学模型、有限元优化、非线性磁链建模、自抗扰控制器、无速度传感器运行、无位置传感器运行、数字控制系统等方面进行了相关的研究,具体所研究的内容由以下几部分组成:1.根据电机原理介绍相关BIM悬浮力机理,详细推导了麦克斯韦力和洛伦兹力的数学公式,建立了转子偏心与不偏心时的BIM数学模型。同时,对BIM基于Maxwell有限元进行参数化建模,针对BIM运行效率和稳定悬浮的问题,提出了一种将磁楔添加到定子槽的有效解决方案,并通过仿真验证了该方案的可行性。2.针对BIM磁链、转矩绕组电流、悬浮绕组电流以及转子的偏心距离之间的非线性特性关系,为了准确反映该电机的实际特性,提出了一种新型的基于灰狼算法优化的（Grey Wolf Optimizer Least Squares Support Vector Machines,GWO-LSSVM）的磁链非线性建模方法。通过最小二乘支持向量机建立磁链与转矩绕组电流、悬浮绕组电流以及转子的偏心距离之间的非线性模型,针对该模型下得到的磁链与实际磁链的误差的问题,运用GWO对LSSVM的最优核参数和正则化参数进行优化,通过Matlab/Simulink软件对该方法进行验证,结果表明该方法具有较强的泛化能力,在减小计算时间的同时也使所获得的磁链模型更加精准。3.针对BIM多变量、非线性、强耦合等特点,为了实现对BIM的稳定和精确控制,提出了一种基于自抗扰（Active Disturbance Rejection Contro,ADRC）的BIM控制策略。该控制系统运用扩张观测器（Extended State Observer,ESO）的两通道补偿结构来修改原有系统模型,使非线性和不确定系统近似为线性化和确定性。通过使用ESO实时估计系统的总干扰,并使用ADRC对干扰及时补偿。针对系统的动态性能和不确定的抗干扰鲁棒性,提出了基于空间矢量调制（Space Vector Modulation,SVM）的直接转矩控制（Direct Torque Control,DTC）和直接悬浮力控制（Direct Suspension Control,DSFC）的方法,通过Matlab/Simulink软件仿真,该方法可以消除稳态跟踪误差,以获得良好的抗干扰性能。4.针对BIM无速度传感控制与无径向位移传感控制的需要,提出了一种基于模型参考自适应（Model Reference Adaptive System,MRAS）的速度与位移识别的方法。在BIM无速度控制方面,将BIM旋转部分的瞬时无功功率Qref和稳定功率Qest分别应用于参考模型和可调模型,通过PI控制器进行转速识别,并利用波波夫超稳定定理对系统稳定性进行证明。在BIM无位置控制方面,将稳定状态时悬浮绕组的电流作为参考模型和可调模型,通过PI控制器实现位移辨识,并利用波波夫超稳定定理对系统稳定性进行证明,为了提高系统整体的动态性,将其运用于直接悬浮力控制。通过Matlab/Simulink软件仿真,该种方法具有就较高的速度与位置识别精度,并忽略饱和积分与定子电阻识别等问题,同时具有良好的位移跟踪能力、温度稳定性好、噪声小和线性化范围大等诸多优点。5.针对BIM控制系统中使用电流调节型脉宽调制（Current Regulated Pulse Width Modulation,CRPWM）逆变器实现转速控制和位移控制的诸多缺点,提出了基于空间电压矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM）的BIM矢量控制策略,对BIM转矩和悬浮绕组分别增加了电流内环,提高了系统的整体控制性能。构建了TMS320F2812数字信号处理器DSP为核心的BIM数字控制系统,设计了相关控制板电路、径向位移接口电路、电流型号反馈电路、光电编码接口电路,并在这个实验平台上面对BIM转速和悬浮系统进行实验,最后给出了实验波形并分析了实验结果。实验结果表明所设计的基于SVPWM算法的数字控制系统能实现BIM的稳定运行,并且具有良好的动、静态特性。