永磁同步电机无位置传感器控制是近几年来电机控制领域的热点研究课题,各种控制策略和算法的理论研究已经较为深入,呈现出百家争鸣的特点。本文主要从系统的角度研究永磁同步电机控制策略与无位置传感器算法的整合问题,针对应用对象的工况要求选择合适的控制策略组合方案,从而实现永磁同步电机驱动系统在全速度范围的无位置传感器运行,并在水泵试验平台和空调压缩机应用平台上进行了验证。主要研究工作和创新点如下一、介绍预定位法和脉冲电压注入辨识法这两种常用的转子初始位置定位方法,详细研究了脉冲电压注入辨识法的原理,以及影响估算精度的主要因素,总结出改进措施。在此基础上提出一种改进的五脉冲电压注入辨识法,该方法大大提高了转子初始位置的估测精度。二、研究I/F流频比速度开环-电流闭环的启动过程,提出永磁同步电机的“转矩-功角自平衡”原理,推导了“转矩-功角自平衡”的稳定条件,并给出电机稳定加速启动所需满足的条件,为加速过程的系统参数设计提供理论依据。三、重点研究从速度开环-电流闭环启动到速度-电流双闭环矢量控制运行的瞬态切换过程,提出“基于电流幅值变化”的过渡过程新方案,推导了过渡过程的瞬态变化规律,并给出决定过渡过程性能的关键参数设计法则。提出的新方案能够使状态切换过程中的速度与转矩平滑无冲击,而且结合I/F流频比的自启动策略后,无需重新调整参数就可适用于不同类型的永磁电机与不同的负载条件,通用性强。四、实验验证了基于反电势积分无位置传感器算法的动态性能和抗干扰能力。在此基础上,详细分析电阻热效应、电感磁饱和效应、电流传感器检测误差、逆变器死区时间造成的电压损失、以及处理器软件延迟等因素对系统参数和算法估测结果的影响。总结出软件延迟和电感误差是影响算法估测精度最显著的因素,并给出有效的补偿策略。五、分析矢量控制策略中磁链观测器和速度观测器的性能,讨论能够有效消除磁链积分零漂的磁链观测器设计方法和能够削弱速度波动的速度观测器设计方法,推导了矢量控制中速度环与电流环的PI参数设计法则。最后,搭建一套应用于变频空调压缩机的永磁同步电机驱动系统来验证以上理论,设计了硬件和软件实验平台,给出电机的重要参数的测量方法。测试了采用全速度范围无位置传感器驱动方案的变频空调压缩机系统的运行稳定性和效率,分析了该方案在启动、切换和额定运行过程中产生的特殊现象及其原因,验证了该方案的实用可行性、可靠性和高效性。