内置式永磁同步电机(IPMSM)因具有结构简单、功率密度高、易于扩展运行速域等优点,在国防、工农业生产等领域得到越来越广泛的应用。为降低系统成本、提高电机运行可靠性,IPMSM的无位置传感器控制已逐渐成为学术界与工业界关注的热点。本文提出了一种新型的IPMSM无位置传感器控制方案,它采用超螺旋滑模观测器(ST-SMO)观测电机位置,通过算法补偿了电机电压源逆变器(VSI)死区非线性对位置观测精度造成的影响。建立了IPMSM的数学模型,并设计了其有位置传感器工况下的电流、速度双闭环控制系统,其内外环均采用PI控制器。为充分利用电机凸极效应引起的磁阻转矩以提高电机的功率密度与效率,本文设计了最大转矩电流比(MTPA)控制方案,并通过MATLAB/Simulink仿真系统验证了所设计双闭环控制系统MTPA方案的有效性;相关工作为无位置传感器控制系统设计奠定了基础。设计了基于超螺旋滑模观测器的IPMSM无位置传感器控制系统,为降低逆变器死区非线性对观测精度的影响,本文在电机数学建模时充分考虑了逆变器的死区非线性特性,通过谐波注入算法有效降低了死区非线性所带来的5、7次谐波。通过仿真实验,将所设计方案与基于一阶滑模观测器的传统控制系统进行了对比分析。其中,系统转速抖振由21.33r/min降低至9.76r/min,观测位置偏移量从5.4°降低至1.8°;死区非线性补偿前后系统中电流总谐波畸变率从8.69%降低至4.07%,位置估计误差降低了50%。从中可见,所设计的ST-SMO算法可以有效减少系统抖振,抑制系统中的高频振荡,使观测速度更加平稳;同时加入谐波抑制算法可以减少系统观测误差,系统性能得到明显提高。搭建了永磁同步电机对拖实验平台,分别进行了永磁同步电机死区补偿方案与无位置传感器控制算法实验验证,结果表明:在施加死区补偿方案后,相电流波形正弦性提高,5次谐波占比由13.42%降低至4.73%,7次谐波占比由6.11%降低至0.92%,整体THD由16.10%降低至7.99%;同时,对比传统SMO与ST-SMO,新算法的转速、位置波形更加平滑,速度误差从±20r/min降低至±5r/min,位置抖振从12.7°降低至4.2°。综上,实验结果验证了本文所提出的基于ST-SMO的无位置传感器控制算法的有效性。