呼吸机是临床抢救和处理不同因素导致的急慢性呼吸衰竭以及换气功能不全的重要工具,它主要用于协助患者增加肺通气量,以消除患者缺氧现象和在患者体内滞留的二氧化碳,提高病人的换气效率。2019年底新冠肺炎席卷全球,蔓延到全球两百余个国家和地区,使防疫进入常态化。因为新冠肺炎疫情在全世界迅速扩散,相应的医疗器械和耗材出现了严重匮乏的局势。用作救命机的呼吸机也受到了来自全球各地的疯狂抢购,生产能力也严重不足。而我国呼吸机市场以进口品牌为主,国内在这一领域存在较大空白。对此,本文研究一种便携式电动呼吸机,分别从整体机械结构、涡轮风机优化、无传感器控制算法、气压自平衡等方面进行了研究。首先,本文介绍了了呼吸机的工作原理,并在此基础上结合气路系统和控制部分,提出了呼吸机的整体设计方案,并按要求设计了呼吸机的整体机械结构以及关键零部件。其次,从驱动电机以及风机结构这两个部分对呼吸机的涡轮风机进行优化设计,电机方面分析了无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor,BLDC）的结构与工作原理,风机结构方面从涡轮风机基本结构和主要性能参数这两个方面介绍了涡轮风机的基本特性,接着从流体力学基本方程和常用湍流模型,这两方面阐述了涡轮风机数值模拟的基本理论。为了提高呼吸机的能量效率,减小能耗,本文采用基于SST（Shear Stress Transport）的k-ω模型。接着,根据BLDC数学模型和滑模变结构控制机理构建了传统滑模观测器,分析了其存在的响应能力差、调速范围小、稳态抖振大等问题;为了解决上述问题,通过引入增益对观测反电势进行补偿构建了新型滑模观测器,使观测到的反电势相位能与实际反电势接近,从而使电机能够根据给定变化而快速作出反应,精准观测不同速度下的反电势。为了进一步提高呼吸机输送空气响应速度和稳定性,本文提出了一种基于气压与速度标定的气压自平衡闭环系统,通过在速度环的前面增加一个气压控制闭环,实现气道气压的快速检测和跟踪响应。然后,本文按照风机设计尺寸,通过保持其他参数不变的情况下,对不同叶片数量的涡轮风机进行了内部流场模拟,比较分析后,最终确定12叶片数为最佳叶片数。同时,为检验所提供控制算法的准确性,建立了传统和新型滑模控制系统仿真模型。开展了算法对比仿真,分别比较了使用传统滑模观测器的无传感器控制系统与使用新型滑模观测器的无传感器控制系统的启动能力、变速能力和调速范围能力。最后,为了检验上述新型滑模控制和气压自平衡闭环系统的优越性和实用性,开发了由直流电源、无刷直流电机驱动涡轮风机、上位机等组成的算法对比测试平台和呼吸机工况测试样机,并编写了相应的软件。基于开发的样机和测试平台,本项目进行了使用传统滑模观测器的无传感器控制系统与使用新型滑模观测器的无传感器控制系统的算法对比测试以及使用传统滑模观测器的无传感器控制系统与使用新型滑模观测器的无传感器控制系统的算法在呼吸机工作性能测试这两个方面的测试,由结果知,使用新型滑模观测器的无传感器控制系统运行到给定速度比使用传统滑模观测器的无传感器控制系统快0.12s;可以得出新型滑模观测器的无传感器控制系统具有调速范围广、稳态抖振小、动态响应能力好的优点,能够满足呼吸机高响应和高稳定输送空气的要求,是一种较适合呼吸机应用的方案。