永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,简称PMSM)采用无位置传感器控制可以省去机械位置传感器,不仅降低了电机驱动系统的器件成本和安装成本,而且提高了系统的机械鲁棒性,因而得到了广泛研究。目前学界和工业界对基于反电动势的无位置传感器控制算法研究已经较为成熟,且已成功应用于一些通用变频器中,但是这种算法无法扩展到零速及低速区,因而研究电机在零速及低速区的无位置传感器控制算法具有重要意义。本文针对一台内嵌式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Machine,简称IPMSM),采用高频方波电压信号注入(High Frequency Square Wave Voltage Injection,简称HFSVI)算法实现其无位置传感器控制。主要研究内容如下:(1)分别给出PMSM矩阵形式和复矢量形式的数学模型,给出不同坐标系下的数学模型转换的推导步骤。(2)简述PMSM磁场定向控制原理,指出采用空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,简称SVPWM)控制的注意点。基于经典控制理论,分析电流控制器和速度控制器的参数整定方法,并给出系统带宽测试方法。(3)阐述基于HFSVI算法的无位置传感器控制原理,验证两种解调方法的等效性,并比较基于锁相环和基于扩张状态观测器这两种位置观测器的系统稳态性能和动态性能。(4)提出一种基于低频虚拟位置的初始位置检测算法,给出高频电压信号频率和幅值的选取方法。提出了一种带电感饱和效应的PMSM建模方法,在此基础上进行了初始位置检测算法的仿真和实验,最后分析了电流传感器直流偏置对初始位置检测算法产生的影响。(5)阐述从零、低速区到中高速区无位置传感器控制算法之间的过渡原理,中高速区采用滑模观测器,切换采用线性加权切换算法,为了保证过渡区稳定运行,对位置观测器进行了抗饱和设计,并优化了电机加减速控制,最终实现了PMSM驱动系统全速范围内的无位置传感器控制。(6)搭建了基于DSP硬件系统和CCS软件算法的PMSM试验平台,对所提算法完成了实验验证。