无轴承异步电机(Bearingless Induction Motor,BIM)将传统的异步电机与磁轴承巧妙结合,在异步电机定子绕组上再叠加一套悬浮绕组,同时实现悬浮和旋转。该电机不仅具有磁轴承支承电机的特点,而且还具有无需润滑、无磨损、结构简单、可靠性高、气隙均匀、易于弱磁等优点,在航空航天、生物医学、化学工业等领域拥有广阔的应用前景,是最具研究价值的无轴承电机类型之一。本文在国家自然科学基金面上项目(51475214))的资助下,就BIM工作机理、数学模型建立、转矩部分电流误差限定模型预测电流控制、悬浮部分直接悬浮力模型预测控制以及数字控制系统实现等方面开展了研究,其主要内容概括如下:(1)综述了BIM的研究背景、国内外研究现状,发展趋势以及应用前景。总结了模型预测控制发展概况。在BIM数学模型的基础上,设计了基于气隙磁场定向控制系统,为进一步提出BIM高性能模型预测控制奠定基础。(2)针对BIM在传统矢量控制算法下存在电流畸变、参数观测不够精确等问题,在转矩部分设计了一种基于电流误差限定的模型预测电流控制策略,添加延时补偿环节和全阶观测器,提高参数观测值的精确度,加快电机的收敛速度,改善了系统滞后问题。(3)为了改善BIM的悬浮性能,在BIM悬浮部分采用基于模型预测的直接悬浮力控制,构建了磁链的目标函数,引入一种改进的磁链观测器,提高了参数观测值的精确度和系统控制精度。(4)以DSP为核心搭建了数字控制系统平台,对电机转速响应、电流以及转子运动轨迹等方面开展了实验研究,实验结果表明,所设计的控制系统能实现电机的稳定旋转和悬浮,提高了响应性能和运行品质。