永磁同步电动机因其优异的性能,逐渐被应用于轨道车辆电力牵引系统中。永磁同步电机常采用矢量控制技术,其前提是已知转子磁极位置,且列车在运行状态时需及时判断车轮是否发生空转和滑行,因此在全速范围内永磁同步牵引电机转子磁极位置和转速的检测至关重要。磁极位置的检测可分为使用位置传感器与无位置传感器检测两类,轨道车辆电力牵引中多采用旋转变压器作为位置传感器,使用位置传感器的前提是已知电机零位与传感器零位的偏差角。新装车或维修后重新装车的电机,其零位偏差角未知,需解决零位偏差角的在线检测问题。为此本文对有位置传感器和无位置传感器时的磁极位置观测方法进行了研究,并对将方法应用于位置传感器故障诊断及状态自检的方法作了探讨。本文以轨道车辆电力牵引系统中带位置传感器的永磁同步电机为研究对象,研究了在电机已装车条件下,位置传感器零位偏差角的标定方法。在列车被标定之外的牵引电机拖动到一定速度运行状态过程中,采用反电势过零检测法,结合该方法的原理分析了如何在车上实现,并利用仿真试验,验证其可行性。在列车静止状态下,提出一种采用高频注入检测转子初始位置后与旋变数据对比得到偏差角的办法,将该算法写入列车TCU控制程序,在列车运行前即可完成偏差角的检测,对该方法进行了仿真验证,结果表明误差在允许范围内。研究采用无位置传感器算法观测磁极位置和转速,将其作为冗余系统加入到磁极位置故障诊断程序中,实时与位置传感器的结果比较,当位置传感器故障时,可将其观测结果投入到矢量控制中。提出采用滑膜观测器法在电机中高速时进行观测,设计滑膜观测器并对其进行改进,对传统型与改进型滑膜观测器进行仿真实验,验证了改进型的观测结果比传统型的更为精确。低速时,采用了高频信号注入法,并对旋转高频注入和脉振高频注入法的仿真结果对比分析。将采用加权算法融合后的复合观测器应用于城市轨道永磁牵引系统中,对轨道永磁牵引系统进行仿真实验,验证了复合观测器能够在全速范围内准确观测磁极位置和永磁牵引系统能够良好、稳定的工作。最后在d SPACE实时仿真平台上进行实验验证,实验结果证明了无论是采用位置传感器或采用无位置传感器控制算法均能实现永磁牵引电机磁极位置的在线观测,验证了系统的准确性与实时性。