永磁同步电机以其功率密度大、起动转矩大、体积小、无转子绕组等优势,在电动汽车、工业机器人、家用电器等驱动场合得到了广泛应用。永磁同步电机按永磁体安装位置的不同可以分为内置式和表贴式,内置式永磁同步电机具有结构坚固、转矩大、转速高等优势,更重要的是其固有凸极性使之相比表贴式永磁同步电机更适合无位置传感器控制的场合。基于转子磁场定向的矢量控制技术是一种常用的高性能永磁同步电机控制技术,其中转子位置是必不可少的。传统机械式位置传感器由于成本高、对电机尺寸和环境污染等条件适应性差等缺点,已逐步被数字式位置传感器代替,无位置传感器矢量控制技术随之成为永磁同步电机控制领域的研究热点。由于高速段常用的反电动势观测法在低速时信噪比低,基于转子凸极效应的高频注入法成为了永磁同步电机低速(含零速)运行时最常用的方法。传统正弦高频注入法和方波注入法在位置误差提取和电流反馈环不可避免地要用到各种滤波器,滤波器的使用带来了额外的系统延时。为了消除滤波器,一种方法是将矢量控制周期与注入周期相分离,但这种分离策略会降低系统的动态性能。另一种方法是在脉振方波注入法中由相邻控制周期的电流包络均值和差值计算得到基频电流和高频电流,可以替代滤波器的作用。但此方法的假设条件只在注入频率较高和轻载条件下才能满足,且没有考虑逆变器非线性误差的影响。针对上述问题,本文提出了一种改进的方波注入法,省去了滤波器,无需将矢量控制周期和注入周期分离,同时实时抵消逆变器非线性误差的影响。零速是电机低速范围的一种特殊工况,本文给出了基于改进方波注入法的初始位置检测方案。另外针对传统PI观测器抗转矩扰动能力差、龙贝格观测器参数设计复杂等缺陷,给出了基于ESO的位置观测器。最后,搭建了内置式永磁同步电机无位置传感器矢量控制实验平台,对本文提出的改进高频方波注入法进行了初始位置检测、突加突卸负载等多种工况下的实验,同时提供了三种不同方波注入法、三种不同位置观测器的对比实验。实验结果验证了本文提出的改进高频方波注入法及ESO位置观测器的有效性和相比其他方法的优越性。