燃料电池汽车作为新能源汽车的一种理想技术方案已处于产业化初期,随着国家的支持和研究的深入,燃料电池汽车将会在未来几年迅速推广开来。作为燃料电池汽车空气供应系统的离心式空气压缩机属于超高速旋转机械,通常采用的是高速无刷直流电机驱动。为了能够保证燃料电池空压机稳定高效地工作,本文开发出了一套高速无刷直流电机控制器,并对控制器开发过程中遇到的若干关键问题进行了研究,主要包括:1)建立了在三相对称和稳态条件下,无刷直流电机三相电流的数学模型,在该电流模型的基础上结合最优化方法,构建了能够离线寻找无刷直流电机理想换相位置的仿真系统,并通过该仿真系统对理想换相位置与电机内阻、电感、电气时间常数、转速及负载的关系进行了系统的分析。2)通过分析电枢电流与反电动势的相位关系,推导出了母线电流与换相位置偏差的数学关系,并以此为基础构建了以母线电流变化率为输入量,以换相位置补偿角为输出量的PI调节器,从而提出了“基于母线电流的换相位置优化策略”,实现了换相位置的在线优化。3)提出了一种新型的快速容错控制方法,通过将原有容错控制方法实现过程中的外部中断触发改为定时器中断触发,降低了对微处理器计算量的需求,拓展了原有容错控制方法的适用范围,提高了故障诊断和信号重建的速度。4)提出了一种新型的基于单电流传感器的三相电流重建策略。通过在换相区间采用精确的电机数学模型进行三相电流重建,提高了电流重建的精度;通过对非导通相续流的详细分析,建立了非导通相续流的重建公式,拓展了传统三相电流重建策略的适用范围。5)研发出燃料电池汽车空气压缩机专用的高速无刷直流电机无位置传感器方波控制器,成功将本文所提出的新型控制策略应用到该控制器中,提高了控制器的启动速度、运行效率和运行可靠性。在开发过程中结合燃料电池汽车空压机系统的负载特性,提出了一种适用于空压机类负载的半闭环启动法。