永磁同步电机具有结构简单,体积小,功率密度大,传动效率高等优点,在工业、交通及航空航天等领域得到了广泛的研究与应用。采用无位置传感器控制可以有效减小系统体积,降低产品成本。课题的应用背景为水下潜航器的推进电机,实际工况下,水泵类负载因为电机间水流的影响具有较大的转矩冲击,电机在I/F控制阶段及向滑模观测器进行状态切换阶段易出现失步现象。本文主要针对上述阶段电机失步进行对策研究。在电机起动阶段,本文采用预定位的方法在电机升速前将电机转子拖至预定位置,对于电流预定位存在的定位盲区问题,研究了一种二次定位法以保证对电机进行可靠的转子预定位。分析I/F控制的稳定性,由于转矩曲线为离线设置,在不规则负载下易发生失步。论文在I/F控制中引用基于有功功率高频分量的电流矢量频率调节闭环,根据负载变化对电机进行阻尼转矩补偿,增加系统的阻尼分量,改善系统的收敛特性。结合基于电机转矩角的电流矢量幅值调节闭环,使电机转矩角收敛于参考值,参考值设为0°时电机运行于最大转矩/电流比特性,该方法增加了电机适应负载的能力,防止电机因负载突增超过最大电磁转矩导致电机失步,进一步改善了系统的稳定性与收敛特性。为实现永磁同步电机的全速度范围无位置传感器控制,需要将电机的控制策略在I/F控制与基于滑模观测器的双闭环控制之间切换。本文分析了两种状态切换算法:加权函数状态切换能改善状态切换时的转矩冲及转速振荡,但对负载的适应性较差;减小电流矢量幅值的切换策略对负载的适应性较好,但快速性较差且容易因为负载转矩冲击导致电机失步。在此基础上提出采用了基于双DQ空间坐标系的瞬时状态切换策略,提高了切换的稳定性。最后,在滑模观测器的基础上,引入归一化锁相环对电机反电势进行解调,根据电机的线电压与反电势的关系,对电机进行实时的失步检测,并搭建永磁同步电机驱动系统实验平台。