在国内外环境法规日益严苛的形势下,作为国之重器的运载火箭也面临着更新换代的需求。将以永磁同步电机为核心的高速电动泵应用于运载火箭的燃料供给系统,可以在保证燃料供应量的同时,提高燃料利用率,并减少动力迟滞现象。为了保证可靠性和电动泵结构的紧凑性,必须使用无位置传感器控制算法对电动泵进行控制。目前无位置传感器控制算法有诸多国内外学者进行了研究,但是针对大功率高速泵用永磁同步电机,相应的算法及其驱动器仍少见有成熟应用,因此本课题针对高速电动泵用永磁同步电机的无位置传感器控制系统的设计和开发工作进行了深入研究。本文首先介绍了目前永磁同步电机的优势,并简单介绍了运载火箭的燃料供给系统构成,在此基础上分析其应用特点,并总结出在此应用条件下,高速泵用电机及其驱动系统的工程需求和采用无位置传感器控制算法的必要性。通过对无位置传感器控制算法这一课题研究现状的总结,说明了在高速电动泵的应用条件下,在中高速区采用滑模观测器进行转速和位置估算、在零低速区采用电流闭环起动这种结合算法的优势。其次,从滑模变结构理论出发,系统介绍了滑模观测器的基本控制原理,并在表贴式永磁同步电机的数学模型基础上,构建了滑模观测器,并针对其稳定性进行了全面的分析;为应用于嵌入式系统完成开发,应用离散化方法,得到可以在数字系统中执行的离散模型。为提高转速和角度的估算精度,采用数字锁相环方法计算转子转速,再进行转速积分获得转子位置信息。进一步考虑电动泵应用,优化改善其抖振现象,分别从三个方面采取改进措施;并对以上改进优化措施进行仿真验证,明确其优化效果。另外,考虑泵用永磁同步电机的起动需求,选用电流闭环起动的方式对其进行起动控制,同时考虑切换和过渡的平顺性,对传统的电流闭环起动方式进行改进。采用预定位、I-f起动和优化的变I-f控制等方式,实现在起动过程中不同阶段对电机的稳定控制,保证其起动效果,并通过仿真验证了起动方法的有效性。针对目标高速电动泵用电机,设计与开发了相应的电机驱动器硬件电路和软件程序,并详细介绍了其设计过程。从电机参数出发,充分考虑器件的裕量、电参数应力和算法资源,合理选择所需的主要器件;从极限工况出发,合理设计各物理量的硬件采样电路和保护电路;为了便于调试和观测变量,设计外部DAC电路;考虑紧凑性和相关的电磁干扰需求,根据一定的工程经验完成了驱动器的结构设计。从控制框图出发,设计了矢量控制算法和滑模观测器算法,并加入了起动控制逻辑和控制指令逻辑部分的执行函数,完成了整个系统程序的开发过程。最后,在高速电机对拖平台上,利用设计开发的电机驱动器硬件和控制算法,完成了有位置传感器起动并切入无位置传感器控制状态的实验、无位置传感器状态下的高速空载和负载实验、电流闭环起动等实验,验证了本课题算法和相应控制系统的快速收敛性、高速运行下的高精度控制效果和控制的稳定性。