传统的无刷直流电机控制系统,通过位置传感器获取换相信号和速度反馈信号进行控制。但位置传感器的存在使电机体积增大、引线增多、可靠性降低,限制了电机在很多场合的使用,所以无位置控制技术成为当前研究热点。另外,随着无刷直流电机应用环境越来越复杂,控制系统经常受到外部不确定扰动和内部参数摄动的影响,因此需要研究新型的高性能控制算法,以提高控制系统的性能和品质。本文在上述目标的要求之下,着眼于提高无刷直流电机无位置控制系统的性能,进行了如下几个方面的讨论和研究。首先,简述了无刷直流电机的工作原理和数学模型,分析了电机通过线反电动势换相的原理和转速计算公式,为无刷直流电机线反电动势滑模观测器算法和滑模变结构控制算法提供了研究基础。其次,结合无刷直流电机的数学模型和滑模控制理论,推导了可直接观测出电机线反电动势的传统滑模观测器。针对传统滑模观测器系统抖振过大造成的电机换相信号不准确问题,提出一种改进滑模观测器,该观测器采用光滑连续的sigmoid函数作为系统切换函数,并根据Lyapunov定理推导出可随转速变化的滑模增益。将线反电动势观测值计算出的速度信号用于电机速度闭环控制时,针对传统速度闭环控制中PID调节器易受外部扰动和电机参数变化的影响,设计了基于幂次趋近律的速度滑模控制器,实现了电机的速度鲁棒控制。同时,无位置控制时电机无法自启动,采用了适合本控制系统的三段式启动方式。最后,在MATLAB/Simulink环境下搭建系统仿真模型进行了仿真分析,以DSP-TMS320F28335作为控制核心搭建了控制系统实验平台,进行了实验验证。仿真和实验结果表明:与传统滑模观测器相比,改进滑模观测器在400r/min和3000r/min时线反电动势观测误差峰值分别降低了70%和54.8%,获得了准确的换相信号;同时,相较于速度PID控制,速度滑模控制响应快、超调量小,对电机内部参数变化和外部扰动有很强的鲁棒性,提高了无刷直流电机无位置控制系统的性能。