随着电力电子技术与微电子技术的迅速发展，运动控制领域对电机控制系统的可靠性和成本提出了更高的要求。基于无传感器的永磁同步电机磁场定向控制方案在保证系统速度控制性能的前提下，减小了电机的体积和转动惯量，增加了系统的可靠性，扩展了电机的使用环境，除去机械传感器使成本大大降低。本文首先提出了一种改进的变增益滑模观测器设计方法，将单一的符号函数变成根据电流误差大小而划分的多段增益函数，最终估算得到电机转子的角速度和角位移。改进的滑模观测器法在电流偏差过大时，增大开关增益，使滑模运动可以快速地回到滑模面上，增加了系统的灵敏度，而滑模变结构系统本身对内部参数和外部干扰不敏感，因此具有很好的鲁棒性，可以保证系统渐进稳定，并且滑模变结构算法简单，易于工程实现。其次，针对永磁同步电机定子磁链跟踪问题，提出了一种交叉补偿磁链观测方法，将输入反电势经过纯积分之后再经过高通滤波器，最终估算得到电机定子磁链的位置，并加入补偿环节，解决了直流偏置和初始相位等问题。通过与纯积分法和纯积分+高通滤波器法进行的仿真和实验结果对比，证明了该方法的优越性。最后，基于经典控制理论，对永磁同步电机调速控制系统双闭环结构进行了分析与设计，推导和计算了电流环和速度环的PI调节器参数，并针对控制器设计用到的电机参数进行了离线辨识，仿真和实验结果验证了整套调速设计方案的可行性。为检验论文成果，本文设计实现了基于DSP的永磁同步电机无传感器磁场定向控制实验平台，实验验证了系统设计方案，取得较好结果。