永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因具有转动惯量低、能量密度大、响应速度快、整体构造简单等特点,在航天飞行、电动汽车、导航系统、船舶电力推进等领域得到普遍应用。实现永磁同步电机高性能闭环矢量控制的关键步骤为高精度的转子速度检测,快(少相移)、准(少衰减)、稳(少干扰)是速度采样的目标。通常采用对光电编码器输出位置信号微分的方法来检测电机速度,测速精度会受到光栅盘量化误差的限制;且所测值为一个采样周期内速度平均值而非某一时刻瞬时值,从而产生滞后环节,使速度采样的准确性并不十分理想。本文着重从改善上述两种误差入手,设计出高精度速度检测的方法。首先,从永磁同步电机的矢量控制模型切入,阐述了增量式光电编码器的相关概念、工作过程和三种基本的光电码盘信号测速方法即测频率法、测周期法、“M/T”法的适用速度段、误差讨论等。其次,在分析常见速度检测方法的基础上,针对光电编码器在控制系统中产生的脉冲信号上升沿与检测周期开始或结束时刻无法严格同步所产生的量化误差的问题,设计了不固定检测周期的转速观测器,实现了检测周期和码盘方波脉冲信号的同步,使量化误差减小。然后,针对永磁同步电机在低速运行时,借助编码器脉冲计数得平均速度存在检测延迟的固有缺陷,基于卡尔曼滤波原理设计了在转速范围宽、高噪声环境下的转速观测器,消除检测存在的滞后环节,获得了较高的速度反馈精确度。最后,为解决全阶卡尔曼滤波转速观测器计算量大、参数调试难度大的问题,提出了卡尔曼基础上增设负载转矩观测的降阶转速观测器,保证瞬时速度的采样效果,且能缩短系统运行的消耗时间。为验证所设计的几种转速观测器的精确度和跟踪性能,分别将上述算法应用于带有增量式码盘的PMSM矢量控制系统的Simulink仿真模型中进行分析,仿真结果表明了本文设计的高性能速度检测方法的可实施性和有效性。