永磁同步电动机能实现高效率的机电能量转换,利用算法代替编码器获取电机转子位置的控制方案能够应对电机工作环境、安装空间受限问题,提升电机运行性能和可靠性。本文以表贴式永磁同步电机及其无位置传感器驱动系统为研究对象,针对其中存在的启动、动态性能问题和转速估计误差问题,利用复合观测器算法在控制系统性能表现以及负载转矩参数估计等方面进行改进研究,设计了能够实现表贴式永磁同步电机宽速域运行、任意位置启动的无位置传感器控制系统,并通过软、硬件实验平台的搭建,完成了所设计方案的控制性能验证。文中利用推导的表贴式永磁同步电动机不同坐标系下的电机数学模型,结合卡尔曼滤波器算法设计了应用于无位置传感器控制的观测器。针对简化观测器模型在控制启动性能不足的问题,提出了系统状态变量矩阵上升维度的方法以实现电机负载转矩观测。通过考虑转动惯量、负载转矩和阻尼转矩对于滤波器算法跟踪估计性能的影响,提高了控制系统的动态性能和启动性能,实现了控制系统零速启动的目标。同时分析讨论了统计噪声参数和电机参数对于电机位置角、转速的估计性能影响,总结了卡尔曼滤波器的参数设计经验,推进了卡尔曼滤波器方案在实际系统中的应用。针对改进方案存在的转速估计误差问题设计了复合观测器方案。复合观测器方案利用设计的线性状态扩张观测器估计电机总负载,通过串联形式将总负载估计结果作为拓展卡尔曼滤波器转速估计项的控制输入,提高了系统的转速估计精度。所设计的复合观测器在减小了算法实现状态观测所消耗计算资源的同时,实现了控制系统更精确的稳态转速估计。同时通过复用负载观测器的估计结果,设计了线性自抗扰转速控制器,该方法可以基于电机总负载估计结果直接给出预测的q轴电流给定值,增强了控制系统的抗扰性能和响应速度。最后根据所设计实验需求,搭建了永磁同步电机无位置传感器软、硬件实验平台,对上述方案进行实验验证。在实验过程中针对特定初始位置角的启动转速反向问题和电机实际转速随负载大小波动问题,设计了转速在线监测-矫正算法以及补偿算法加以解决。仿真和实验结果证明了本文所研究、设计的无位置传感器方案的有效性。