无刷直流电机因具备优良的调速性能、简洁的内部结构及较高的使用效率,自问世以来被广泛应用于各个领域,关于其控制方式的研究也成为现代电气传动领域的研究热点。无刷直流电机的普遍控制方式是采用机械传感器获取转子位置对定子绕组进行换相以实现其旋转。然而,位置传感器会在系统尺寸、控制成本、抗干扰性及电路复杂性等多方面限制无刷直流电机的推广与应用。因此,无刷直流电机的无位置传感器控制技术成为目前国内外一重点的研究方向。无位置传感器控制的关键问题是电机转子位置信息的采集。本文通过阅读大量相关文献,研究国内外几种主流的无位置传感器控制方法后,总结了现有方法中存在的优缺点,以无刷直流电机控制系统为研究对象,通过分析其整体结构、数学模型和控制原理等,经综合考虑后采用状态观测理论研究设计了一种基于线反电动势状态观测器来获得电机速度及转子位置等相关信息的方法,以此为基础进行无刷直流电机的无位置传感器控制。同时,针对传统状态观测器设计理论中存在的普遍缺陷,如包含大量高频干扰分量、开关增益值的选择需要高频且恒定、估算状态量易抖振等问题,本文改进传统状态观测器结构,提出了一种线性和非线性误差反馈相结合的新结构,极大程度上减小了估算速度中的抖振和估算反电动势中的高频扰动分量,加速估算状态量的收敛和提高观测器的稳定性。此外,为进一步确定改进后观测器的增益参数及内部反馈项函数中可调参数的最优值,本文摒弃了传统的极点配置求增益值的方法,查阅大量优化算法后选用了一种新颖的元启发式优化算法——灰狼优化算法,以电机转速的时间乘以误差积分(ITAE)作为寻优性能指标对观测器中的相关参数进行寻优计算,确保观测器在估算状态量过程中的抗干扰性及准确性,减小了与实际状态量之间的误差,保证电机转速输出的最优化。最后以MATLAB/Simulink为仿真平台,通过与传统的观测器对比及模拟不同工况下仿真。结果表明,该文所提出的改进和优化后的观测器在其加快收敛速度和减弱估计状态量的波动上有很大提升,有效降低了估算速度的绝对平均值和峰值误差,实现了无刷直流电机无位置传感器的最优化控制。