永磁同步电机无位置传感器控制技术省去了机械式位置传感器,减小了系统尺寸,降低了成本,而且提高了系统运行可靠性,成为当前永磁同步电机控制技术的研究热点。其中,高频信号注入法是实现低速范围内无位置传感器控制的主要方法。然而,由于受滤波器相位延迟、磁场饱和等因素的影响,常规高频电压信号注入法存在诸多缺点,针对上述问题,本文提出了几种方波电压脉冲注入位置估计策略,无需使用滤波器,解决了由交叉饱和电感引起稳态位置估计误差这一问题。同时,将自抗扰控制应用于无位置传感器控制系统的速度环以提高系统抗外部扰动能力。本文研究内容主要如下:首先建立了永磁同步电机数学模型和介绍了矢量控制技术;接着对传统高频信号注入法进行了系统概括性综述,包括基本原理阐释、公式推导以及仿真验证;然后,详细研究了交叉饱和效应产生的机理和影响,并分析了基于不同坐标系,采用传统高频信号注入法对交叉饱和效应进行补偿的不同方式的优缺点,为本文研究内容奠定了基础和提供了对比性。考虑在负载转矩增大时,定子绕组电流较大,电机处于高饱和运行状态,磁场交叉饱和效应将导致转子位置估计误差。针对此问题,提出任意角度高频方波电压信号注入法(AASWI)。AASWI引入信号注入电压坐标系fg,在fg坐标系的两轴上先后注入两对正交方波电压脉冲,计算高频电流增量,并设计了一种新颖的消除交叉饱和效应引起的位置估计误差的解调策略,提高了转子位置估计精度。同时,改进的AASWI还可以在一个电流环控制周期内的快速辨识出d、q轴电感。针对AASWI方法需要注入双脉冲,导致电流环控制周期长的缺点,提出另一种变角度方波电压注入(VASWI)位置估计方法,即根据q轴电流大小不断调整注入角的变角度高频方波电压信号注入法。VASWI将交叉饱和效应导致的位置估计误差角当做注入角,在f轴上注入方波电压,并通过提取g轴差分电流实现位置估计,提高了位置估计精度。针对无位置传感器控制中传统PI速度环控制器存在抗干扰性能差等问题,设计了基于线性自抗扰控制器的速度环控制策略。采用线性扩张状态观测器对综合扰动进行估计,然后通过前馈补偿和线性比例增益共同作用来生成q轴指令电流,并且给出了简化的参数设计过程。最后,对本文所提方法进行了实验验证。结果表明,任意角度和变角度高频方波电压信号注入法都可以有效消除交叉饱和效应引起的位置估计误差,所提速度环自抗扰控制器也可提高系统抗干扰性能和动态响应速度。本文研究内容可以提高无传感器控制精度,增强系统稳定性,保证了永磁同步电机控制性能。