（1）节能高效发展方向 永磁同步电机比传统异步电机、直流电机节能高效，但是继续研发更高效、节能的永磁同步电机是非常有必要的，尤其是当下我国稀土永磁材料已经取得巨大进步，钕铁硼产量已经居于世界前列，占世界总产量的80% [2] ；现在已经有很多汽车厂家研发生产配置永磁同步电机的电动汽车，而且表现良好，但仍需要进一步研发改善；

(a) 宝马i3                 (b)比亚迪E6

图1-2 采用PMSM作为动力系统的电动汽车

（2）机电一体化发展方向 当代工业发展向着智能化、微型化、系统化发展，在机电一体化过程中研发创造出了各种设备，数控机床就是此类设备中的佼佼者之一，而在数控机床中，伺服系统有着至关重要的作用，但是伺服系统恰恰需要各种高性能的永磁电机，因此永磁同步电机在机电一体化发展方向还有很长的路可以走。

图1-3 伺服系统在数控机床中的应用

（3）高性能发展方向 永磁同步电机越来越多的应用于高新科技产业设备等高要求环境，如军事设备、数控机床、移动电站、机器人、航空航天等，这就需要不断提高永磁同步电机的性能和稳定性，才能让永磁同步电机控制系统在一些特殊环境下提供稳定的转速转矩。

图1-4 PMSM应用于天线驱动伺服机构、飞船对接机构

（4）专用电机发展方向 在工业领域，用到永磁同步电机的场合越来越多。在此，电机驱动的负载更加复杂化，如果对所有负载都采用通用型号永磁同步电机，显然不论是技术还是经济层面都不合理，而专用电机是根据不同负载特性作了特殊设计，能更好的适用于特殊的工作环境，因此发展专用电机具有重要意义。专用电机发展方向众多，有车用电机、风机用电机、空调用电机、纺织用电机、风扇用电机、电梯用电机、抽油烟机用电机、机械设备用电机、洗衣机用电机、电动工具用电机、电动车用电机、冶金起重电机、其它专用电机[1]。

图1-5 油田抽油机专用PMSM节电率可达20%

1.2 永磁同步电机控制方案国内外研究现状

1.3 课题研究意义

由于现实原因的需要，水下机器人的体积需要不断减小，性能更加稳定，以完成更高难度的工程作业。在20世纪，由于直流电机输出性能好、调速平滑、组成的控制系统较简单易于实现，所以使用直流电机作为控制对象的系统很多。但是由于直流电机在换向瞬间会产生电火花，给系统带来隐患，且直流电机的电刷也在不断磨损，降低电机使用年限，因此不是水下机器人的首选电动机。而感应电机结构设计简单、成本低、寿命长、控制方式容易实现，得到广泛应用，但是电机能耗较高，效率较低，控制算法复杂，且容易受到干扰导致转速不稳定，而水下机器人所使用的电动机通常对输出功率、起动转矩等性能有较高要求，因此感应电机也不是水下机器人动力电机的首选类型。永磁电机与感应电机的区别在于前者使用永磁体提供励磁，使得其功率因数比较高，可以达到良好的控制性能，再考虑前文叙述的永磁同步电机的诸多优点，所以永磁同步电机是水下机器人动力的首选电机类型之一。在ROV上采用永磁同步电机作为动力电机不仅有利于设备性能的提升，还可以大大减小体积，提高ROV在水下航行的灵活度，可以更好的完成科研探索等任务。

水下机器人往往需要精确的位置控制以达到科研探索目的，这就需要获取电机转子的位置和速度信息，前文已叙述传统矢量控制系统是采用安装传感器的方式获取转子位置和转速信息的系统，但是这样系统成本较高，系统硬件较为复杂，系统的可靠性也可能因传感器而受到影响，而无传感器的控制方案弥补了传统矢量控制方案的不足。因此，对永磁同步电机的无传感器控制方案开展技术研究是十分必要的，通过对永磁同步电机无传感器控制方案的不断优化，实现永磁同步电机的稳定运行，才能满足水下机器人某些高精度作业的运行要求。