永磁同步电机具有结构简单、功率密度高、可靠性好等优点,近些年在牵引传动系统中得到越来越广泛的应用。在大功率牵引传动系统中,温度变化、磁饱和等因素使得电机参数变化明显,影响实际转矩输出的准确性。若能够准确观测出电机输出转矩,并基于观测转矩对电机转矩进行闭环控制,可以显著提升系统的转矩控制性能。本文以凸极式永磁同步电机为研究对象,针对牵引电机电磁转矩观测方法展开研究,同时基于转矩观测方案中设计的采样电路,对电机带速重投控制进行了研究。研究内容包括:对比现有转矩观测方法中磁链模型观测法和功率法,选择只依赖定子电阻参数的电压模型磁链观测法和功率法进行转矩观测的研究。根据定子磁链和反电势正交的关系,针对传统电压模型磁链观测法存在的积分初始值、零漂及相位幅值偏差等问题,建立一种定子磁链全阶观测器,并分析该观测器的稳定性,选取合理的观测器极点。定性分析了定子电阻参数对电磁转矩观测的影响。对基于定子磁链全阶观测器的转矩观测性能进行了仿真和实验验证。由于重构电压不准确和高速域PWM电压正弦度下降,限制了定子磁链全阶观测器的性能,对采用功率法进行转矩观测进行了研究。针对传统电压重构不准确的问题,提出了一种低成本硬件电路实时电压检测方案。利用电压传感器对直流母线电压进行采样,设计一个简单低成本的采样电路检测三相绕组端电压电平状态,从而获得加载在电机绕组之间的实际电压。根据采样电压、采样电流和实时转速,实现电机的功率和转矩观测。通过仿真和实验验证了该方法的转矩观测性能。基于上述设计的采样电路,还可以实现断电状态下电机转子位置和速度信息的检测。推导了位置和速度估计的表达式,实现了一个基波周期6次位置及转速的更新,为电机无位置传感器条件下带速重投控制提供了较为准确的转子位置初始角和转速,提高了带速重投过程中位置和转速的辨识速度。通过仿真和实验验证了带速重投控制的性能。