永磁同步电机,以其构造简单、功率密度大、效率高等突出性能特点,成为高速电主轴磨削系统、高速离心式空压机等传动系统的重要动力来源。无论是高速电机还是常规电机驱动控制系统,电机转子位置和速度的准确值是实现永磁同步电机磁场定向矢量控制必不可少的前提条件。在高速机械中,用以测量电机转子位置和速度的位置传感器会带来安全隐患、新的故障点和成本问题,而且安装位置受到限制,这限制了高速永磁同步电机的应用。为此,本文研究了永磁同步电机无位置传感器磁场定向矢量控制技术,主要研究工作与成果有:1.提出一种基于改进高频脉振电压注入法的永磁同步电机控制算法。提出的改进高频脉振电压注入法,将高频脉振电压注入到dq坐标系的直轴中,通过对定子电流αβ轴分量而不是dq轴分量的分析,得到电机转子位置信号,解决了传统控制方法所存在的电机凸极性不明显的问题。该方法直接对定子电流αβ轴分量进行调制并通过低通滤波器,得到含有电机转子位置的信号,移除了传统控制方法所不可或缺的带通滤波器,系统结构得到了简化,并改善了系统动态控制性能。2.提出一种基于改进滑模观测器的永磁同步电机控制算法。滑模观测器由于控制系统切换函数的存在,系统结构产生随时间变化的开关特性,使得系统的控制是非连续的,导致滑模控制在滑动模态下存在高频抖振问题。而基于sign符号函数的传统滑模观测器控制系统因系统结构高频切换导致的高频抖振问题尤为严重。提出的改进滑模观测器,使用分段指数型函数而不是传统滑模观测器中所使用的sign符号函数,可以有效削弱高频抖振,而且电机转子位置和速度估计精度更高,控制系统稳定性更强。3.通过将改进高频脉振电压注入法与改进滑模观测器相结合,优势互补,建立永磁同步电机全速范围内的转子位置和速度观测器。为了实现控制算法的平滑切换,提出一种新的切换策略,利用指数型加权函数α,实现改进高频脉振电压注入法到改进滑模观测器的平滑切换。4.在MATLAB/Simulink软件平台上搭建基于改进高频脉振电压注入法和滑模观测器的永磁同步电机控制算法仿真模型,仿真结果表明该控制算法解决了传统控制算法所存在的问题,控制效果较好。在以TI的TMS320F28335 DSP为核心的硬件平台上所进行的实验验证了该控制算法的有效性和可行性。