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无轴承异步电机(Bearingless Induction Motors,BIM)集电机旋转与悬浮功能为一体,具有无摩擦、无需润滑、寿命长、能实现高速、高精运行等优于普通电机的特性,在涡轮分子泵、飞轮电池、航空航天、潜水艇、无菌车间、真空技术、生命科学等领域展现出了极其重要应用价值。本文在国家自然科学基金项目(51475214)和江苏省自然科学基金项目(BK20141301)的资助下,对BIM数学模型、气隙磁场定向控制、基于新型趋近律的滑模变结构控制、基于负载转矩观测器的滑模变结构控制、数字控制系统展开研究,主要研究内容如下:1.概述无轴承电机的研究背景、国内外研究状况和BIM的研究状况、发展趋势。分析了BIM的运行机理,建立其旋转数学模型和径向力数学模型。针对电磁转矩与径向力的耦合问题,构造了基于气隙磁场定向控制的BIM解耦控制系统。2.针对BIM控制系统在扰动下(参数变化、负载突变等)性能不佳的问题,提出一种基于自变速指数趋近律的BIM滑模控制方法。首先,为抑制滑模算法中的固有抖振,在传统指数趋近律中引入一阶范数,并对符号函数进行平滑处理,设计了一种自变速指数趋近律。然后,通过该趋近律设计了BIM转速环的滑模控制器,构建了BIM滑模调速控制系统。仿真结果表明该方法可实现对给定转速的精确追踪,改善了BIM的调速品质。3.为进一步改善BIM控制系统在扰动工况下的控制性能,在已构建的滑模调速控制系统的基础上,设计了负载转矩滑模观测器对转矩进行观测,并将输出作为系统的扰动补偿,提供扰动变化所需的电流。同时,利用积分辨识算法实现了对转动惯量的在线识别及对观测器的实时更新。仿真结果表明,该控制策略对系统不确定扰动具有较强鲁棒性,提高了BIM控制系统的动、静态性能。4.以D SP TMS320F2812为核心搭建了滑模数字控制系统实验平台,并进行了电机旋转、转子悬浮及抗扰动能力实验研究。由实验结果可知,所提新型滑模控制策略不仅提高了BIM调速系统的抗扰动能力和运行品质,而且有效地削弱了滑模系统的固有抖振。