● 摘要
高速永磁同步电机具有体积小，功率密度大，转动惯量小，调速范围广等优点，在离心机、高速机床、压缩机等高速旋转的设备中使用高速永磁同步电机可以省去变速箱等设备，提高设备的效率和可靠性，减小设备的体积，节约能源和成本。
获取准确的转子位置是实现高速永磁同步电机控制的关键。在传统的永磁同步电机控制系统中通过光电编码器等机械式位置传感器来检测转子位置，这不仅增加了系统的体积与相应的接口电路，使系统易受外界干扰从而降低系统的可靠性，而且增加了系统的成本。无位置传感器技术通过检测永磁同步电机的相电压、相电流等变量结合相应的算法来估算转子位置，可以省去昂贵的机械式传感器，提高系统的可靠性和经济性。因此，很有必要进行高速永磁同步电机无位置传感器控制技术的研究。本课题以财政部重大科技成果转化项目为背景，针对磁悬浮高速永磁同步电机的无位置传感器控制方法进行了研究。
（1）首先介绍了磁悬浮高速永磁同步电机的相关结构及工作原理，推导并给出了表贴式永磁同步电机在各个坐标系下的简化的数学模型；其次介绍并且比较了永磁同步电机几种主要的矢量控制方法。最后，以表贴式磁悬浮高速永磁同步电机作为控制对象，采用id=0 的永磁同步电机矢量控制策略，在Matlab/Simulink下搭建了高速永磁同步电机的矢量控制系统的仿真模型，为后面工作奠定基础。
（2）分析比较了现有的永磁同步电机的无位置传感器控制方法，选取了滑模观测器法使用Matlab/Simulink搭建了基于传统滑模观测器法的高速永磁同步电机无位置传感器转子位置检测的仿真模型。通过仿真发现该方法用于磁悬浮高速永磁同步电机时存在的主要不足，针对其中的不足之处提出了两种基于改进的滑模观测器法的无位置传感器转子位置估算方法，并且用Matlab/Simulink搭建仿真模型进行了验证。
（3）以表贴式磁悬浮高速永磁同步电机为实验对象，搭建了磁悬浮高速永磁同步电机无位置传感器控制系统的实验平台，编写控制算法和位置估计算法，进行了实验验证。实验结果表明，本文所提出的两种无位置传感器转子位置估算方法能够很好的实现磁悬浮高速永磁同步电机的转子位置估计。