随着时代和科技的进步,交流调速系统的控制性能不断提高。永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)更是凭借着其功率密度高、转矩惯量大、动态响应速度快的优势,适用范围日益广泛。但是传统位置传感器的存在带来了安装困难、驱动成本增大、使用环境要求严苛、存在干扰导致的估算精度下降等问题,为避免此类问题,学者专家们开始研究一种无位置传感器的控制方法。由于目前相对成熟的一些控制算法均存在一定的局限性,不论是适用于低速段的高频信号注入法,还是适用于高速段的反电动势观测法,它们都无法在一个完整的速度范围内实现稳定控制。因此,本文选定内置式永磁同步电机(Built-in permanent magnet synchronous motor,IPMSM),将两类控制算法相结合,实现电机在全速度范围内的稳定带载控制。首先,本文分析了永磁同步电机的研究现状,表明单一控制算法的局限,以此说明复合控制算法的研究价值与意义。之后,从PMSM的基本结构切入,对IPMSM的数学模型,三种坐标系的变换做出详细分析、推导。在简要介绍高频注入法的基本原理、载波信号选择方法的基础上,分别在三种不同坐标系下建立了旋转高频注入法的数学模型,并搭建仿真模型。通过仿真分析,验证了它的控制效果。随着速度的提升旋转高频注入法所注入的电压信号中的角频率影响越发严重,鉴于此缺陷,在中高速段选用了扩展卡尔曼滤波法(Extended Kalman Filter,EKF)。概述了EKF的发展历史、基本原理,设计了状态观测器。同时分析了相关参数对其估算精确度的影响,并以此为基础,建立了基于EKF的仿真模型,通过仿真结果分析,验证其控制效果。在分别针对两个不同速域的控制算法设计完成后,主要研究了如何实现两者平滑、稳定的过渡。首先分析比对了目前使用较多的两种过渡方案,权衡各自的优缺点后选择了直接过渡法。在理论分析后,先通过仿真实验确定切换位置在500-700r/min内,后再通过更为细致的调试,利用试凑法确定了转换点具体位置。空载实验完成后,在控制系统中引入了螺旋桨负载。首先分析了螺旋桨负载的一些基本特性。考虑到船桨应为一体,又介绍了船桨之间的几种相互作用,最后搭建螺旋桨负载仿真模型,实现对螺旋桨的稳定控制。最后,在上述研究分析的基础上,将螺旋桨负载与全速域控制算法相结合,搭建完整的IPMSM控制系统仿真模型。仿真结果表明:系统能够较为准确地、快速地跟踪到转子状态信息,估算误差较小,船舶航速稳定,整体能够满足系统设计所需。