永磁同步电机(PMSM)因其拥有的高功率密度、高效率和宽调速范围等特点,被广泛用于电动汽车的电驱系统中。在电动汽车中,安全可靠运行是首要目标,因此,近些年来永磁同步电机及其驱动系统的可靠性问题成为了广泛研究的热点。永磁同步电机的无位置传感器控制策略是电驱系统可靠性研究的重要组成部分,除此之外,其对降低成本,减小体积方面也具有重要意义。无位置传感器控制算法的研究已经近五十年,其中基于反电势或磁链观测器的无位置传感器控制算法已经研究成熟并成功商用,然而此类方法只适用于中高速,在电机零速起动和低速运行会失效;基于凸极跟踪原理的高频注入法被证明是实现零低速下无位置传感器运行的有效方法,但仍然存在着许多问题未被解决。本文以一台具有容错能力的五相分数槽集中绕组内置式永磁同步电机(Fault-Tolerant FractionalSlot Concentrated Winding Interior Permanent Magnet,FTFSCW-IPM)为研究对象,对基于高频方波信号注入的无位置控制策略进行深入研究。论文的主要内容包括:1、介绍本文所研究对象FTFSCW-IPM电机的基本结构及其电磁特性,并建立该电机的数学模型,同时研究适用于此电机的五相逆变器空间矢量调制策略;对有位置传感器下的矢量控制进行研究,并在离散域下对控制系统的传递函数进行分析,给出转速环、电流环控制器的参数设计方法,并通过仿真进行验证。2、从磁路角度分析了电机凸极性产生的原因,并考虑磁路的非线性,建立了基于增量电感的电机数学模型;分析了注入高频方波电压估测位置的原理,并对高频电压和电流环输出的基频电压进行时序上的设计,提出一种有效的信号分离方式;最后,对所注入的高频方波电压的幅值、频率的选取进行分析,指出影响其取值的重要因素。3、对基于高频方波电压注入的初始位置检测进行研究,并采用向估测d轴注入直流量的方法来辨识磁极极性;分析PI型和PID型两种锁相环的传递函数,提出了电机运行状态下的锁相环参数设计方法。4、对基于锁相环的位置观测器的角度观测误差进行分析。研究发现,有两个原因会产生角度观测误差:其一为数字处理器的离散控制特性,其二为交叉饱和电感。前者所带来的角度误差与速度有关,而后者则与负载电流有关。对于前者,本文提出了一种时序优化方法,用以消除由数字处理器所带来的角度误差;对于交叉饱和效应,采用离线测量估测误差,在线查表的方式进行角度补偿。5、在MATLAB/Simulink平台下搭建FTFSCW-IPM电机的驱动控制系统仿真模型,对理论进行仿真验证;对五相驱动系统的主电路、采样电路和编码器处理电路等硬件进行设计和制作,最后基于DSP 28335控制平台对本文所研究的理论进行实验验证。