随着科学技术的日新月异,尤其是计算机技术、微电子技术、现代控制理论的发展,交流电机(指电动机,以后本文中“电机”皆指“电动机”)的驱动及其控制技术都得到了迅猛发展,使得交流伺服系统在现代工业系统中的应用也越来越广泛,将逐步取代直流伺服系统。交流永磁同步电机(Permanent MagnetSynchronous Motors,PMSMs)具有气隙磁密高、转矩脉动小、转矩/惯量比大、效率高、结构简单等优点,在要求高控制精度和高可靠性的场合,如航空航天、数控机床、雷达与各种军用武器跟随系统以及机器人等行业获得了广泛的应用,在现代交流电机中占有举足轻重的地位。高性能的电机传动系统需要高精度、高分辨率的位置/速度传感器实现闭环控制,位置/速度传感器的存在增大了系统成本和体积,增加了系统复杂程度,降低了系统可靠性,甚至在一些特殊环境中,这些传感器都无法使用或安装。因此,借助于一些先进的控制算法在无机械传感器的情况下,只提取电流或电压信号,以估算电机的转速和转子位置,实现电机自同步运行的方案引起了研究者的极大兴趣。无传感器控制技术(Sensorless Control或Self-sensing Control)是近些年来在交流伺服电机控制技术中最为活跃的一个领域,将成为未来发展的一个重要方向。本文以现代化络筒机中做高速往返运动的导纱装置为应用背景,基于磁场定向控制(Field Oriented Control,FOC)原理,研究并提出了永磁同步电机的高性能无传感器控制系统,本文的主要内容包括:1、讨论了永磁同步电机的结构及其数学模型,包括在三个坐标系上的电压方程,磁链方程,输出转矩及功率方程。2、提出了基于模型参考自适应控制理论的永磁同步电机快速转速观测器(Quick Speed Observer,QSO),相比较已有文献提出的转速观测器,该观测器显著地提升了观测速度,可以满足高速往复运动的工作需求,并对该观测器的稳定性及快速观测性能进行了理论分析。3、提出了基于滑模变结构控制理论的电流环鲁棒控制器(Current-LoopRobust Controller,CLRC),并重点针对滑模变结构控制存在的抖振问题,给出了三种方法对该控制器进行了抖振削弱处理,使得该控制器在具有很好的鲁棒性同时还具有优良的动态性能,对本控制器的鲁棒性、稳定性、动态性能也给出了理论分析。4、基于磁场定向控制基本原理,结合已提出的快速转速观测器及电流环鲁棒控制器,给出了高性能无传感器永磁同步电机控制系统的实现方法。5、结合本课题的应用背景,利用Matlab/Simulink,对本文提出的高性能无传感器控制系统进行了建模、仿真分析,验证算法的正确性。同时给出了系统的软硬件设计,通过实验,证明了本文提出的系统符合工程应用背景的要求。6、对本文进行总结,指出创新点及存在的不足,对将来进一步的研究提出了展望。