在电机控制领域,如何以更低硬件成本和更小体积来更可靠地实现控制算法是重要的研究和实践问题。对于永磁同步电机,使用单电流传感器进行三相电流重构,并进而实现无位置传感器控制,可以大大降低系统成本,缩小体积,减少控制硬件复杂度并增加可靠性。然而电流重构方案存在重构死区与电流重构误差问题,降低了电机的无位置传感器控制性能。因此,对单电流传感器在永磁同步电机无位置传感器控制技术中的应用进行深入研究,减少电流重构方案中两个核心问题的影响,提高只使用单电流传感器的控制方案性能,对于拓展单电流传感器控制系统的应用场景具有重要意义。在使用单电流传感器采样逆变器直流母线电流的电流重构方案中,需要在有源基本电压矢量的作用时间内进行电流采样。当有源基本电压矢量的作用时间不足以实现电流传感器的稳定采样时,相电流信息缺失,引起重构死区问题。单电流传感器采样时刻与三相电流传感器采样时刻之间存在时间间隔,且单电流传感器在一个开关周期内的两个采样时刻之间也存在时间间隔,这两类时间间隔导致重构电流产生误差。针对这两个问题,本文提出一种改进的电流采样与重构方案。通过逆变器开关状态相移,将两个采样时刻之间的时间间隔固定为最小采样窗口时间,使得重构死区被转移至低调制区,并一定程度上减少了电流重构误差。当电机运行在低速度范围时,通过高频电压信号的注入,可以从高频电流中提取转子位置信息,且可以增大输出电压幅值,脱离改进电流重构方案中的重构死区。但改进电流重构方案中存在的电流重构误差影响了高频电流的提取精度,使得估计转子位置的精确度降低。针对此问题,本文提出一种带有补偿系数的电流补偿方案,利用高频电流对补偿系数进行估计和修正,使得电流补偿方案可以在线调整。且改进的电流采样与重构方案简化了电流补偿算法,使得电流补偿步数只需要一步,减少了计算量。补偿后的重构高频电流精度增加,降低了转子位置的估计误差,拓宽了高频电压的注入频率范围。在中高速范围,本文使用线性扩张状态观测器实现对等效反电动势的观测,进而从中估计转子位置。针对使用单电流传感器控制时出现电流重构误差,进而影响电机控制性能的问题,在改进的电流采样与重构方案的基础上,本文提出基于线性扩张状态观测器的电流补偿方法。利用改进的线性扩张状态观测器,同时实现对等效反电动势的观测和任意电压激励下电流变化率的估计。并利用在两类采样时刻间隔期间逆变器输出电压及其激励下的电流变化率,计算电流的重构误差,进而对重构电流进行补偿。提出的电流补偿方案降低了改进的电流采样与重构方案中的电流误差,提升了单电流传感器控制方案的性能。低速与高速范围的两种电流补偿和转子位置观测方案之间使用加权系数法进行切换,使得不同速度范围的估计转子位置可以平滑过渡,实现了使用单电流传感器对永磁同步电机进行全速度范围内的控制。为了验证提出的单电流传感器控制方案的有效性和可行性,搭建了使用单电流传感器的永磁同步电机控制系统仿真与实验平台,并设置了多种工况的控制性能测试与对比。仿真和实验结果证明,本文提出的单电流传感器控制方案可以在顺利完成电流重构与转子位置估计的同时,有效地降低重构电流误差,使得电机的控制性能得到显著提升。