永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM）具有转矩大、功率密度大和高效节能等优势,被广泛的应用到电动车、变频空调、变频洗衣机、扫地机器人等各个领域。永磁同步电机控制系统的设计是目前学术界和工业界研究的热点问题,常见的控制方式有恒压频比控制、磁场定向控制（Field Oriented Control,FOC）和直接转矩控制。其中FOC系统具有功率密度高、转矩密度高、转矩脉动小、可控性高和变频调速稳定等优点,满足实际电机应用的需要,因此FOC系统经常用于永磁同步电机的控制。由于FOC系统需要获得转子的位置及转速信息,而机械式传感器测量成本高并且工作条件受环境的限制,所以无位置传感器检测方法相比具有显著的优势。本文对传统FOC算法进行改进,在此基础上提出了一种低成本的永磁同步电机控制器的设计,并且可以应用于对电机转子位置分辨率要求不高而对成本有严格要求的使用场景,如家用的变频洗衣机、变频空调等。改进FOC系统舍弃了传统的Park坐标变换对电流进行解耦,同时将转速和电流环的双闭环控制简化为单个转速环控制,采用直接控制相电压的方式来控制相电流为正弦波。改进FOC系统的输出采用空间矢量脉宽调制（Sinusoidal Vector Pulse Width Modulation,SVPWM）算法,根据电压矢量和零矢量在时间上的组合产生PWM波来控制逆变器的六个MOS管的开关状态,进而给电机提供三相的正弦交流电驱动电机转动。此外,系统采用了滑模观测器（Sliding Mode Observer,SMO）来估算转子的实时位置和转速,相比使用传感器的方案显著降低了成本。内容上,首先对永磁同步电机的结构及数学模型进行了介绍,接着对传统FOC算法的控制原理进行阐述,在此基础上提出改进FOC算法的系统方案,接着用Verilog硬件描述语言完成整个系统及模块的硬件设计,然后对系统方案在MATLAB/Simulink环境下进行算法级仿真,并在Modelsim软件上进行模块级功能仿真,最后搭建FPGA硬件环境,实际测试了系统方案对永磁同步电机的控制性能。本文完成了一种低成本的永磁同步电机控制器设计,具有结构简单、性能良好的特点。通过将PI控制器的数量减少为1个,取消Park坐标变换和采用SMO无传感器的方式,系统成本明显降低。实验结果表明,改进FOC系统一次闭环运算时间为40.26μs,达到了20k Hz的反馈精度,电机的转速误差稳定在8%以内。该电机控制系统表现出了良好的控制性能,电机调速稳定且符合低成本控制器的应用需要。