永磁同步电动机具有体积小、功率密度大、效率高、维护简单等优点,得到了广泛地应用。由于永磁同步电动机的动态数学模型是一个多变量耦合非线性系统,而且受电机参数变化、负载扰动等不确定性的影响,传统的控制方法存在许多不足。此外,在永磁同步电动机矢量控制系统中,转子的位置和速度信息可以通过传感器检测和计算得到,然而传感器的安装增加了成本和转轴的惯量,影响了系统的动静态性能。因此,利用电机绕组中的有关信号,进行无速度传感器矢量控制系统的设计已成为研究的趋势。论文依托国家高技术研究发展计划(863计划)重点项目资助的《电气传动及控制系统节能技术的研发》(课题编号：2006AA04Z183),主要从永磁同步电机的非线性控制策略和无速度传感器方法进行了研究。主要内容如下：(1)针对永磁同步电动机矢量调速系统研究了负载自适应估计的反步控制器,具有一定的抗负载扰动能力。然后提出并设计了永磁同步电动机矢量调速系统和位置伺服系统的基于扩张状态观测器的滑模变结构反步控制器,增强了控制器的快速响应性和对外界扰动的抑制能力；同时通过设计扩张状态观测器实时估计控制系统的负载扰动,可以及时调整控制量,有效减小滑模变结构中的趋近率参数。(2)通过反馈线性化方法将永磁同步电机动态解耦成二阶线性转速子系统和一阶电流子系统,并设计了永磁同步电机矢量调速系统的速度和电流控制器,保证了系统的可靠和稳定运行,同时采用模型参考自适应方法来实时估计电阻的变化,从而对控制器进行补偿,改善了系统的控制性能。然后提出并设计了一种反馈线性化方法与滑模变结构相结合的控制器实现了电动机给定速度和电流的准确跟踪,具有更好的动静态性能,此外由于控制器需要用到速度的微分信号,而该信号的求取需要负载转矩,所以采用了扩张状态观测器进行负载估计。(3)从能量平衡的观点,研究了基于负载转矩自适应估计的永磁同步电动机的耗散哈密顿控制器,在期望转速平稳运行时,闭环系统哈密顿函数取得最小值,从而达到所需要的调速效果,并且负载转矩估计具有较好的估计效果。此外,提出并设计了基于Luenberger转子磁链和负载转矩观测器的永磁同步电动机耗散哈密顿控制器,在设计控制器的同时,通过对转子磁链和负载转矩的变化实时观测,从而增强了控制系统的鲁棒性。(4)基于自抗扰控制和内模控制理论,提出和设计了自抗扰速度控制器和基于参数变化估计的内模电流控制器构成的永磁同步电动机的矢量控制系统。由于自抗扰控制器能够对外部负载扰动进行补偿和控制,提高了系统的抗扰动能力,而参数变化在线估计器对内模控制器的实时校正,减小了电动机参数变化对内模电流控制器的控制性能的影响,整个控制系统对参数变化和负载扰动具有很好的抑制能力。(5)研究了基于锁相环的滑模观测器和扩展Kalman滤波永磁同步电动机无速度传感器方法,并分析了这两种方法的优缺点。然后在传统的模型参考自适应速度估计方法的基础上,提出并设计了改进的基于定子电阻和速度同时估计的模型参考自适应无速度传感器,改善了该方法在低速情况下的估计性能,并与积分滑模速度控制器构成了无速度传感器矢量调速系统,取得了良好的估计和控制效果。此外,提出和设计的基于变结构模型参考自适应无速度传感器与积分反步速度控制器构成的无速度传感器矢量调速系统,具有良好的估计和抗扰动性能。