永磁同步电机(PMSM)具有体积小、可靠性强、功率密度和效率高等优点,在工业、医疗、民用和国防等领域得到了广泛的应用。高性能的永磁同步电机无位置传感器控制技术更是近年来的研究热点。本文以内插式永磁同步电机(IPMSM)为研究对象,分别对高速和低速范围内的无位置传感器控制技术进行了分析和研究。首先,分析了永磁同步电机的数学模型及矢量控制原理,对永磁同步电机矢量控制系统的电流预测控制进行了研究。由于基于拉格朗日插值的传统无差拍预测控制算法对电机电感参数失配比较敏感,为此,本文采用一种改进的无差拍预测控制算法,修改了电流偏差约束条件和输出电压预测方法,提高了算法的鲁棒性。重点研究了基于传统滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统,理论分析及仿真结果表明传统滑模观测器存在抖振和估计角度滞后等问题。其次,基于内插式永磁同步电机的扩展状态方程设计了二阶非奇异终端滑模观测器,用于解决传统滑模观测器存在的问题。该观测器中的抖振信号被磁链方程滤波且不影响磁链相位,不需要低通滤波,避免了相位延迟,并利用非奇异终端滑模提高了滑模观测器的收敛速度,利用高阶滑模进一步抑制了系统的抖振。由于测量误差以及工作状况的变化,观测器中的参数将会存在一定的误差,本文重点分析了定子电阻误差、交轴电感误差和角速度误差对预估磁链幅值和相位的影响,并通过对预估磁链采用锁相环的方法来获得转子位置和转速。再次,采用载波频率成分法用于实现低速范围内的永磁同步电机无位置传感器控制。与传统高频信号注入法不同,载波频率成分法是利用逆变器本身的载波频率成分信号作为高频激励信号,不需要注入额外的高频信号,有效避免了高频信号注入法的不足。在三相三角载波调制方式下,研究了永磁同步电机在α-β轴系和γ-δ轴系下的载波频率成分模型,并采用SDFT提取载波频率成分电流的幅值,利用锁相环来获得转子的位置和转速。最后,基于实验室现有资源,搭建了永磁同步电机无位置传感器控制系统的实验平台,并在实验平台上完成了滑模观测器实验、载波频率成分法实验及无位置传感器控制系统闭环实验,验证了本文所设计的无位置传感器控制策略的有效性和可行性。