无刷直流电机是一种性能优越,应用前景广阔的电机,它结合了直流电机和交流电机的特点,既具备交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,又具备直流电机的运行效率高、调速性能好等诸多特点。无轴承无刷直流电机除了具有无刷直流电机的优点之外,还具有磁轴承的优点,在生物医药工程、半导体制造业、食品加工、飞轮储能、机器人、航空航天等特殊电气传动领域具有潜在广泛的应用前景,因此,对无轴承无刷直流电机的研究引起了广泛的关注。本文重点开展了无轴承无刷直流电机的基础理论和实验研究,建立了无轴承无刷直流电机的数学模型,研究了基于转子磁场定向的无轴承无刷直流电机控制系统,对无轴承无刷直流电机的无速度传感器技术进行了研究,设计了数字控制系统,具体内容如下:首先,介绍了无轴承无刷直流电机径向悬浮力的产生原理,推导了径向悬浮力和电机旋转部分的数学模型,设计了无轴承无刷直流电机的转子磁场定向磁场定向控制系统,利用Matlab/Simulink工具箱对控制系统进行了仿真,仿真试验表明控制系统不仅可以实现转子稳定悬浮,而且实现了径向悬浮力和旋转力矩之间的解耦控制,电机具有良好的动、静态性能。其次,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的无轴承无刷直流电机转子转速估算方法,并推导了转速估算公式,构成了无速度传感器无轴承无刷直流电机转子磁场定向控制系统。利用Matlab/Simulink建立了仿真模型,并进行了仿真,通过仿真验证了该控制系统具有较好的性能。最后,基于对转子磁场定向控制策略的分析,应用TMS320F2812 DSP构建了数字控制系统的硬件,开发了数字控制系统的软件,给出了各个功能模块的流程图。并对数字控制系统进行调试和优化,给出了相关实验结果,并进行了分析,通过实验来验证控制系统和控制方法的正确性。