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永磁直线同步电机进给系统具有很高的动态响应速度和加速度、极高的刚度、高的定位精度、平滑的无差运动,能满足高速精密数控机(床)高速高精度的要求。然而,由于该进给系统位置传感器的存在,使系统成本增加、运行可靠性下降、使用范围受限、及系统尺寸增加等。将无位置传感器控制技术引入永磁直线同步电机进给系统,无疑可以克服直接进给系统中位置传感器带来的局限。本论文以研究新型进给系统——永磁直线同步电机(PMLSM)的磁极位置与速度估计算法为主要目的,结合国家自然科学基金资助项目“无位置传感器的高速精密直接进给系统研究”(No.50475101)等科研项目,采用理论研究、计算机仿真与实验研究相结合的研究方法,建立PMLSM的磁极位置与速度估计器,并系统地进行了算法分析、比较和优化及相应的技术基础研究与实验研究。首先,介绍国内外PMLSM控制技术及其无位置传感器控制系统的研究及发展现状,综述国内外旋转永磁同步电机位置与速度估计方法。在分析PMLSM的坐标系及坐标变换原则的基础上,沿用旋转永磁同步电机原理,得到PMLSM在三种坐标系下的数学模型。提出基于位置与速度估计器的PMLSM无位置感器运行系统,并建立PMLSM无位置传感器运行系统的状态方程。其次,针对PMLSM进给系统存在系统参数摄动、负载扰动等不确定因素,基于“无穷大质量”的假设条件,建立用于状态估计器的PMLSM动态模型,用以克服电机系统的机械参数变化。PMLSM进给系统具有较强的非线性,结合非线性估计理论及滤波技术,提出以扩展卡尔曼滤波器(EKF)作为电机磁极位置与速度的状态估计器,并深入研究EKF位置与速度估计器的性能。由于UKF采用UT变换来处理系统的非线性变换,能克服EKF非线性模型一阶线性化存在的不足,UKF在许多非线性估计领域取得了成功应用,且估计性能优于EKF。本文将UKF应用于PMLSM进给系统的位置与速度估计,仿真研究基于UKF的永磁直线同步电机的磁极位置与速度估计器的估计性能,并对EKF和UKF两种估计器的性能进行对比分析。粒子滤波方法作为一种基于贝叶斯估计的非线性滤波算法,在处理非高斯非线性系统的状态滤波问题方面有独到的优势。对粒子滤波在PMLSM进给系统的位置及速度估计中的应用进行探索性研究。详细阐述基于序贯重要性抽样的粒子滤波算法:设计基于PF的PMLSM进给系统的磁极位置与速度估计器,通过计算机仿真实验,对基于PF、UKF及EKF的PMLSM磁极位置与估计器的性能进行对比。最后,在已有的PMLSM进给系统的基础上,研制PMLSM三相相电压和相电流测量装置;同时,在不同工况下,采用EKF、UKF估计器对PMLSM进给系统磁极位置与速度进行估计实验,并把实验结果与直接测量的实验结果进行比较和分析。