无轴承异步电机(Bearingless Induction Motors,BIM)在普通异步电机基础上再嵌入一套悬浮绕组实现无轴承运行,因其无摩擦、无磨损、机械强度高,能工作在转速极高的场合,因此在高速高精数控机床、航空航天、飞轮储能等领域有非常广阔的应用前景,是国内外研究最早且最多的无轴承电机类型之一。BIM中转速和转子径向位置通常采用PID控制,使得无轴承异步电机在高速、超高速运行过程中,一定程度上产生了过高超调、振荡以及对外部扰动过分敏感现象,这都影响了电机高性能运行。因此,对BIM控制系统中转速和转子径向位置PID控制器进行优化设计具有重要的理论价值与现实意义。本文在国家自然科学基金项目(61104016、51475214)的资助下,重点研究了BIM中转速和位置控制系统中PID控制器优化设计,具体内容如下:首先,对BIM的研究现状、发展趋势和应用领域进行了简要概述。然后介绍了经典PID控制器研究背景和发展现状,并介绍了两种PID控制器优化设计:模糊自适应PID控制器与自抗扰控制器的研究背景。在分析BIM悬浮力方程、转矩方程和运动方程的基础上,采用基于气隙磁场定向控制的策略建立电机数学模型,并进行仿真与分析。其次,为了抑制电机因使用经典PID控制器而产生的转速和转子径向位置超调,减少电机参数变化以及增加负载产生扰动对系统稳定性的影响,针对PID控制器提出了两种不同方式的优化控制策略。一种是采用在经典PID控制器中增加模糊自适应模块对PID参数进行在线智能自适应优化;另一种是选用自抗扰控制器替换经典PID控制器,从根本上克服了PID控制器的局限性,在此基础上对自抗扰控制器进一步优化,仿真研究表明,提高了系统抗干扰能力。最后,本文基于自抗扰控制器构建了BIM转速和转子径向位置控制系统实验平台,并开展实验研究。通过分析实验波形可知,所建立的数字控制系统可以有效减少转速和转子径向位置超调,具备良好的动、静态性能。