伺服系统是用来精确地跟随某个过程的反馈控制系统,广泛应用于军事、航空、数控机床、电动汽车等各个领域。典型的伺服控制系统由驱动器与电动机构成。交流永磁同步电动机（PMSM）因其控制性能方面的优势,成为伺服系统的主要执行部件。弱磁算法是一种常见的改善伺服系统性能的方法;无位置传感器控制能显著提升伺服系统的适应性和容错性。本文首先介绍永磁同步电机的基本结构,并通过坐标变换理论分析了电机运动的数学模型。随后,设计了包含三个反馈闭环的永磁同步电机矢量控制系统,并着重介绍了电流、速度、位置调节器的设计。本文通过在d-q电流平面上,分析电流与电压限制,提出了基于前馈的双电流调节器弱磁通算法。此算法为闭环控制,包含两个电流调节器,以速度、参考电流等为依据,调节d、q轴的电流,实现弱磁。此算法能在满足电流电压限制的基础上使电机达到最大转矩,理论上能达到最大的调速范围。本文还将扩展卡尔曼滤波（EKF）应用到永磁同步电机运动中,提出了基于EKF的状态估计算法。并对EKF算法进行优化,将运算过程中的矩阵进行分解和组合,降低矩阵运算的阶数,简化了运算过程,使微处理器能满足运算需要,提升了EKF算法的实用性。EKF算法增强了伺服系统的适应性和容错性。最后,分别搭建了永磁同步电机伺服控制系统的仿真模型和实际软硬件平台,通过仿真和具体实验,验证矢量控制系统的有效性并测试控制性能。通过仿真和实验结果,发现控制系统速度控制能在0.1s内达到设定速度;位置控制的收敛时间不到2s,且最终稳定时误差不到0.001%,能满足伺服系统的基本需求。随后,验证本文提出的弱磁算法和无位置传感器控制算法的有效性,发现弱磁算法能增大转矩,提高10%的调速范围;无位置传感器控制算法能代替位置传感器对转子位置进行估计,增强了系统的适应性和容错性,位置误差始终不超过0.2rad,速度误差初期稍大,稳定后不超过3%。