空气压缩机广泛采用永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)做为驱动电机,但考虑设备处于某些高温高压等恶劣环境、位置传感器成本较高和安装空间较小等因素,PMSM驱动的空压机比较适合采用无位置传感器控制方案。基于上述问题,本文以空压机用PMSM为研究对象,针对其在低速段、中高速段和复合控制区域的无位置控制算法进行分析研究并改进,以获得更好的无传感器控制效果。首先,本文从原理上阐述了低速区旋转、脉振高频电压注入法及影响两种方法转子位置观测的因素。针对旋转高频电压注入法,指出其信号解调采用多个滤波器,从而造成高频电流响应信号幅值的衰减和相位的滞后,因此后续转子位置观测产生误差。为此,在信号解调时,本文采用改进型二阶广义积分器(Second Order Generalized Integrator,SOGI)代替传统方案的多个固定截止频率滤波器,一方面获取含有转子位置信息的高频负序电流分量,另一方面可根据转速实现选频功能;针对脉振高频电压注入法,分析出电机相电阻、电感不对称时导致其转子位置观测误差,为此,本文分别采用SOGI和一种新型的全通滤波器(All Pass Filter,APF)分别提取高频电流分量和消除转子位置误差角中的二次谐波分量。与传统旋转、脉振高频电压注入法相比,改进型旋转、脉振高频电压注入法的转子位置观测精度都有较大提高;其次,中高速区的传统滑模观测器(Sliding Mode Observer,SMO)由滑模变结构原理引入,接着对影响传统SMO观测效果的三个因素分析,指出传统SMO中采用的不饱和开关signum函数会导致滑模面的抖振,低通滤波器无法滤除因逆变器非线性导致的高次谐波,反电动势过零点时因采用反正切函数产生较大误差。针对上述问题,本文设计一种新型SMO,采用sigmoid函数取代传统SMO法中的signum函数,解决因高频信号切换带来的抖振问题。逆变器非线性导致反电动势存在大量谐波,造成转子位置和转速观测误差,采用一种新型滤波器对谐波进行抑制。同时,分数阶锁相环(Phase Locked Loop,PLL)对滤波后的反电动势提取,可以得到转子位置和转速信息;再次,针对PMSM从零低速区到中高速区的切换即复合控制问题,先介绍了基于滞环切换的切换策略,随后,经理论分析,发现脉振高频电压注入法和传统SMO法中均由转子位置误差角得到转子位置和转速信息,因此,本文对两种方法的转子位置误差角度进行归一化、加权处理,两者加权之后的角度误差可以通过同一个PLL得到位置角度。同时,对该基于角度误差加权复合控制方案的切换区间做了一定的理论和仿真研究。最后,为验证PMSM在上述低速区、中高速区和复合控制区改进算法理论的正确性和有效性。搭建传统、改进型方案的Simulink模型,反复对参数调试并加以仿真分析。同时,由传统、改进型旋转高频电压注入法转子位置观测原理,编写软件程序算法。在第五章中搭建物理实验平台,在该实验平台上进行了传统、改进型旋转高频电压注入法的对比实验。实验表明,(1)所提改进型旋转、脉振高频电压注入法可以分别有效减少因滤波器引入、电机参数不对称导致的观测误差问题;(2)所提改进型SMO法相较传统SMO法具有更高的转子位置和转速观测效果;(3)与滞环切换相比,所提出的全速度范围基于角度误差加权的复合控制方案能更准确的观测出转子位置和转子速度,实现更平滑的全速度范围无位置控制。