磁力变速永磁无刷电机(又称复合电机)具有传动效率高、转矩密度高、结构紧凑的优点,在低速大转矩直驱动领域有着巨大的应用潜力。然而,常规复合电机存在磁齿轮与内电机磁场相互耦合导致整体运行效率下降的问题。磁通解耦型磁力变速永磁无刷电机实现了磁力齿轮与内电机主磁通的解耦,不仅提高了电机整体效率,而且其反电势和电流的正弦度好,为实现无位置传感器运行创造了有利条件。本文针对磁通解耦型磁力变速永磁无刷电机无位置传感器自抗扰运行展开研究,主要研究内容和取得的成果如下:第一,通过对自抗扰控制进行思想溯源,分析传统扩张状态观测器中隐含的偏差控制原理,提出了改进型扩张状态观测器的理论依据和构建方法,证明了改进型二阶、三阶扩张状态观测器的误差系统的稳定性,推导了其在扰动存在时的稳态误差,并与传统二阶、三阶扩张状态观测器做了对比。通过理论分析和计算机仿真证明了该改进型扩张状态观测器的观测精度优于传统扩张状态观测器。扩张状态观测器是自抗扰控制系统的重要组成部分,其性能好坏直接关系到整个自抗扰控制系统的性能。改进型扩张状态观测器的提出对于进一步发展自抗扰控制理论,拓宽其应用领域具有促进作用。第二,针对磁通解耦型复合电机无位置传感器的起动及低速运行段,提出了结合高频电压信号注入和扩张状态观测器的无位置传感器控制方法。该方法通过高频电压注入法提取转子位置估计偏差,采用构建以转子位置角为主体变量的扩张状态观测器来获得转子位置信号和转速的估计值,是采用高频信号注入法无位置传感器控制中的转子位置和转速估计值提取的新方法。该方法丰富了永磁同步电机高频注入无位置传感器控制的理论和方法,仿真和试验研究验证了其可行性。在电机起动前,在确定转子所在位置后,再进行转子永磁体极性辨识:在估计的转子直轴方向注入高频脉振电压,通过检测和处理得到的高频脉振电流辨识转子永磁体极性。第三,由于通过电机反电势估算转子位置的滑模观测器法适合于电机的中、高速运行段,在分析永磁同步电机扩展反电势数学模型的基础上,建立了用于估计永磁同步电机转子位置信号的高阶非奇异滑模观测器和模型参考自适应转速估计系统。提出了高速段根据估计的反电势的周期来估计转速的方法,该方法在电机运行的高速段简便有效。将采用高阶非奇异滑模观测器和采用传统滑模观测器的无位置传感器控制系统进行了仿真对比,仿真结果验证了采用高阶非奇异滑模观测器的优越性。第四,为提高磁通解耦型复合电机的运行可靠性,在分析磁力齿轮和内电机数学模型的基础上提出了磁通解耦型复合电机的内电机-磁力齿轮双扭簧结构模型,并给出了通过根据运行状态调节内电机等效扭簧刚度来提升系统运行可靠性的方法。磁力齿轮的低刚度特性及难以直接控制的特点致使复合电机在负载突变等运行状况下存在暂态振荡现象,甚至有极滑、失步的风险。该方法为改善磁通解耦型复合电机的动态性能,提升运行可靠性提供了理论依据和切实可行的方法。第五,在以上研究的基础上针对在一台100N·m/100rpm的磁通解耦型磁力变速永磁无刷电机样机进行了无位置传感器控制运行试验。试验结果表明,电机能够实现零速起动、低速和中高速无位置传感器运行,且从低速段的高频注入法控制切换至中高速段的扩展反电势滑模控制时系统运行平稳,实现了全转速段的无位置传感器运行。