磁悬浮储能飞轮系统因其功率密度高、应用范围广、使用寿命长等特点,在储能领域得到了广泛地关注和研究。而飞轮电机作为该系统最主要的部分之一,它的控制品质关系到整个系统的性能。由于永磁同步电机具有结构简单、效率高、损耗小等特点,得到了众多研究人员的青睐。一般情况下,永磁同步电机的驱动控制需要利用位置传感器获取转子位置和转速等相关信息,但由于位置传感器的安装会提高控制系统的成本,还可能会降低系统的可靠性。因此,永磁同步电机无传感器控制技术具有重要的研究意义和广阔的应用前景。本文主要研究基于改进滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制系统,主要内容分为以下几个部分:第一部分,主要研究了永磁同步电机在各种坐标系下的数学模型,以及各坐标系之间的坐标变换,然后研究了空间矢量脉宽调制技术的基本原理及SVPWM算法的实现方式。在MATLAB/Simulink仿真平台搭建永磁同步电机矢量控制系统模型,搭建的模型包括电流环控制器,速度环控制器,坐标转换模块,电压矢量控制模块,并给出了电流环及转速环中PI调节器的参数整定方法。通过仿真实验,证明了 PI调节器参数整定的有效性,为下文进行永磁同步电机无传感器矢量控制的研究奠定了基础。第二部分,介绍了改进的滑模观测器在永磁同步电机无传感器矢量控制系统中的应用。因为滑模观测器对系统模型精度要求不高,对参数变化和外部干扰不敏感,所以采用滑模观测器来估计电机的反电动势、估计转子速度,并利用反正切函数法提取转子位置信息。通过仿真实验,验证了采用滑模观测器代替机械传感器能够实现永磁同步电机的无传感器控制,并且可以获得较好的控制品质。第三部分,阐述了分数阶滑模观测器的设计及其在永磁同步电机无传感器矢量控制系统中的应用。将分数阶微积分理论与滑模观测器结合,提出了一种改进的分数阶滑模观测器。首先将分数阶微分算子引入滑模切换面,并采用结合分数阶的指数趋近律,建立分数阶滑模观测器;然后采用光滑连续的双曲正切函数代替传统的符号函数;最后通过对该观测器进行稳定性分析,得出了分数阶滑模观测器的Lyapunov稳定条件。通过仿真实验,验证了本文提出的分数阶滑模观测器能明显减小系统抖动,有效提高转子位置及转速估计的准确性,并且对负载波动有较强的鲁棒性。第四部分,在磁悬浮飞轮储能系统控制平台上进行了基于滑模观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制系统的实验验证。硬件部分以DSP28335为控制核心,搭建了硬件平台;软件部分介绍了控制系统软件设计的流程,给出了系统主程序以及PWM中断程序的流程图。针对飞轮电机高速运转时滑模观测器估算角度存在偏差的问题,将本文提出的改进型滑模观测器在此实验平台上进行验证,证明了改进的滑模观测器可以有效提高转子位置及转速估计的准确性。