采用在电机转子轴上面安装传感器来测算电机转子速度和位置信息会给系统带来诸多缺陷，因此对永磁同步电机无传感器控制系统的研究已经引起广泛的关注。无传感器控制技术指的是利用电机定子电流、电压或者注入的其他信号的响应等变量，通过特殊的算法对电机的转子位置和速度进行估算，从而不需要另外安装传感器来获取转子的位置和速度信息，然后利用估算出的转子信息进行矢量控制或直接转矩控制。无传感器控制技术已经成为控制系统的一个重要发展方向，对于ROV这样要在特殊环境下工作的系统具有重要意义。永磁同步电机的无传感器控制已有多种方案：

（1）直接转矩控制

这种方法最早在1986年由德国教授M.Depenbroc和日本教授I.Takahashi提出，在我国，最早由胡育文教授于1996年将直接转矩控制应用于永磁同步电机[3]。直接转矩控制是一种较为常用的永磁同步电机控制方式，其基本思想是通过控制磁链来控制转矩：控制系统为闭环控制系统，给定量是期望的电磁转矩，在系统闭环的作用下，使输出转矩与期望转矩相等。这种方法省却了空间坐标变换和电机的数学模型，且响应速度较快。

（2）基于电机方程的直接计算法

这是最容易实现的一种转速估算方法，借助永磁同步电机定子端电压与电流就能够求得电机的转速与转角。这种方法直观、动态性能好，但是由于是以永磁同步电机数学模型为基础，而在实际应用中，电机的参数随着负载等原因始终在变化着，如果不加入实时辨识电机参数的环节，对转子位置估计的精确度必然受到影响。此外，这种方法没有设置反馈环节，属于开环估算，所以系统抗干扰能力较差。

（3）模型参考自适应法

模型参考自适应（MRAS）法的主要思想是先假设转子所在的位置，利用电机的模型计算出电机在这个假设的位置的电压和电流，再将计算值与实测的电压、电流比较得出两者的差值，这个差值与假设位置和实际位置之间的角度差成正比关系[4]。这个差值减小到零时，假设的转子所在的位置就是实际的转子所在的位置。采用这种方法，位置精确度与所选取的模型有关，若想保证估算值的相对精度，需要完成电机各项参数的实时辨认，即这种方法对于电机参数的鲁棒性能较差，需要添加参数在线辨识环节。

（4）基于状态观测器的估算方法

这种方法是基于永磁同步电机的数学模型的，将可以直接测量到的电机的电压和电流值作为观测器的输入，将观测器输出值与实际输出值作差，差值反馈到状态估计方程的校正项进行校正，待观测器达到稳定后，可得到静止坐标系电压，再通过计算后，观测器的输出量即为所求转子位置[5]。一般有两种方法：滑模观测器、扩展卡尔曼滤波器法，后者算法复杂，因而对系统所使用的数字处理器有较高的要求；滑模观测器法由于滑模控制本身的机制会导致系统产生抖动，估计值含有高次谐波，不利于进行位置闭环控制。

（5）高频信号注入法

这种方法的思想是：给电机注入相比较于电机基波频率高得多的高频信号，再从高频信号的响应信号中提取含有转子当前位置和转速信息的高频分量，然后通过信号处理，在经过特殊的算法便可得到转子位置和转速。高频信号注入法根据注入的信号不同，可以进行一个分类：脉振高频电压注入法，旋转高频电压注入法，前者应用于固有凸极效应比较明显的内置式电机或者饱和凸极效应明显的表贴式电机可以达到良好的控制效果；后者结构较为简单，但由于信号处理上需要用到很多滤波器，所以整体来说系统相位延迟较大，会导致系统产生转矩脉动不利于系统的稳定运行。高频信号注入法矢量控制系统转速估算范围较宽，在电机低速时也可以达到准确的转速估算，而且由于这种方法利用了电机的凸极效应，对运行过程中电机参数变化不敏感，鲁棒性好[6]。本文将深入分析并设计基于这种方法的永磁同步电机控制方案。