内置式永磁同步电机具有体积小、机械强度高、低速输出转矩大等特点,已逐渐应用于城市轨道交通领域。通常情况下,为了实现高性能传动控制,需要加装机械传感器用于检测转速与转子位置,然而,机械传感器的存在会增加系统的成本与体积,并且当运行于恶劣环境下时,传感器的精度会受到影响,进而降低系统控制性能。为了提升系统运行性能,增加可靠性,永磁同步电机的无传感器控制技术已成为传动控制领域的研究热点。本文的具体研究工作如下:首先,给出了内置式永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型,介绍了矢量控制算法的基本原理。针对数字控制系统延时会对系统产生较大影响的问题,建立了内置式永磁同步电机在离散时间域下的数学模型,对数字控制延时进行了补偿;同时,引入复矢量电流调节器优化了低载波比下的定子电流解耦效果,提高了系统在低开关频率下的控制性能。其次,介绍了滑模变结构控制原理,结合内置式永磁同步电机的特殊非对称结构,利用扩展反电动势重构电压模型,建立了适用于内置式永磁同步电机的扩展反电动势滑模观测器,并采用李雅普诺夫稳定性判据设计了其滑模增益。针对传统滑模观测器的滑模抖振现象,利用超螺旋算法优化传统滑模观测器,同时考虑到二阶滑模观测器的特殊结构,采用有效磁链重构电压方程,给出了一种基于超螺旋算法的反电动势二阶滑模观测器。仿真结果表明,二阶滑模观测器能有效地消除滑模抖振现象,提高了系统的稳态性能。然后,针对传统锁相环在升降速工况下会引入观测稳差的问题,利用纯正弦分量的特征提出了一种新型锁频环算法,实现了在输入为理想正弦的情况下频率的无差观测。然而,实际反电动势输入为包含有诸次谐波的幅值变化的正弦分量,因此对非理想输入下的所提算法频率估算方法进行了改进。在此基础上,利用锁频环的小信号模型,理论分析所提出的方案可实现在频率斜坡信号输入时无差追踪。为进一步提高速度估计方案的控制性能,分析控制参数和控制性能之间的关系,给出控制参数设计策略。最后,在基于RT-LAB与TMS320F28335控制器的硬件在环测试平台上完成了被控对象建模与相应算法的硬件在环测试。测试结果验证了控制算法的正确性与有效性。