永磁同步电机应用广泛。矢量控制作为永磁同步电机控制策略中最常见的一种,其通过坐标变换将电机的磁场分量和转矩分量解耦,然后对电机的交、直轴电流分别进行控制,使永磁同步电机的控制变得像直流电机的控制一样简单。采用矢量控制的调速系统,需要准确的转子速度、位置信息。可以通过在转轴上安装机械式物理传感器测量电机的转速和位置,然而安装机械式物理传感器会增加控制系统的体积、质量和成本,降低系统的运行可靠性。针对上述问题,可以利用无位置传感器控制算法取代机械式物理传感器。现有的无位置传感器控制算法无法满足电机在整个速度域内的运行,本文以一台表贴式永磁同步电机为被控对象,设计了一种结合I/F自启动控制和基于线性扩张状态观测器的无位置传感器控制的复合控制策略,去实现永磁同步电机在较宽速度域内的无位置传感器运行。论文首先阐述了永磁同步电机的数学模型、矢量控制的原理和空间矢量脉宽调制技术。然后从状态观测器的理论出发,分别介绍了一种非线性反馈的观测器——滑模观测器和一种线性反馈的观测器——线性扩张状态观测器,对两种观测器的稳定性进行了证明,并分析了两种观测器的特点。发现线性扩张状态观测器能够准确地观测出永磁同步电机的反电动势,并且由于其采用的是线性模型,可以通过频域法进行理论分析,获得观测器的参数整定规律以及相位滞后补偿角的计算公式。接着介绍了I/F自启动控制的原理及实现方案,设计了两种不同的加速过程速度期望曲线,不同的速度期望曲线下,实际的速度响应不同。针对永磁同步电机调速系统无法从I/F开环控制直接切换成基于观测器的闭环控制,又设计了两种不同的切换策略,其中基于减小参考电流的切换策略可以实现系统运行状态的平滑过渡,消除了直接切换带来的电流激增、转矩冲击等负面影响。最后说明了永磁同步电机调速系统硬件实验平台的搭建思路和软件实验平台的程序框架,并在此平台上对前文所述的观测器算法、I/F开环自启动控制、平滑切换策略等进行了实验验证。通过理论分析和实验结果分析可得,在本文所提策略中,基于线性扩张状态观测器的无位置传感器控制算法可以有效地观测出电机转子的速度、位置信息,在电机的额定转速范围内,位置观测误差角不超过0.2rad;基于减小参考电流的切换策略可以使系统从开环启动过程较平滑地过渡到闭环控制状态,切换瞬间系统细微震荡,但能迅速恢复稳定。该复合控制策略可以实现无位置传感器的永磁同步电机在较宽速度域内地平稳运行。