矢量控制原理--簡介

　　矢量控制，也稱為磁場導(dǎo)向控制，是一種利用變頻器控制三相交流馬達(dá)的技術(shù)，利用調(diào)整變頻器的輸出頻率、輸出電壓的大小及角度，來控制馬達(dá)的輸出。其特性是可以個別控制馬達(dá)的的磁場及轉(zhuǎn)矩，類似他激式直流馬達(dá)的特性。矢量控制可以適用在交流感應(yīng)馬達(dá)及直流無刷馬達(dá)，早期開發(fā)的目的為了高性能的馬達(dá)應(yīng)用，可以在整個頻率范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)、馬達(dá)零速時可以輸出額定轉(zhuǎn)矩、且可以快速的加減速。

　　由于異步電機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)。上世紀(jì)60年代末由達(dá)姆斯塔特工業(yè)大學(xué)（TU Darmstadt）的K.Hasse提出。在70年代初由西門子工程師F.Blaschke在不倫瑞克工業(yè)大學(xué)（TU Braunschweig）發(fā)表的博士論文中提出三相電機磁場定向控制方法，通過異步電機矢量控制理論來解決交流電機轉(zhuǎn)矩控制問題。矢量控制實現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達(dá)到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的目的。

　　矢量控制原理

　　矢量控制的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達(dá)到控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量 （勵磁電流） 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 （轉(zhuǎn)矩電流） 分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。

　　矢量控制系統(tǒng)，坐標(biāo)變換是核心思想。矢量控制的基本思想是以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準(zhǔn)則，將異步電動機在靜止三相坐標(biāo)系上的定子交流電流等效成兩相靜止坐標(biāo)系上的交流電流，在通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換將其等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電流，等效過程中實現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制，達(dá)到直流電機的控制效果，得到直流電動機的控制量。便可將三相異步電動機等效為直流電動機來控制，獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)接近的動、靜態(tài)性能。

　　基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式同樣是在進行U / f ＝恒定控制的基礎(chǔ)上，通過檢測異步電動機的實際速度n，并得到對應(yīng)的控制頻率f，然后根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩，分別控制定子電流矢量及兩個分量間的相位，對通用變頻器的輸出頻率f進行控制的?；谵D(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式的最大特點是，可以消除動態(tài)過程中轉(zhuǎn)矩電流的波動，從而提高了通用變頻器的動態(tài)性能。早期的矢量控制通用變頻器基本上都是采用的基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式。

　　無速度傳感器的矢量控制方式是基于磁場定向控制理論發(fā)展而來的。實現(xiàn)精確的磁場定向矢量控制需要在異步電動機內(nèi)安裝磁通檢測裝置，要在異步電動機內(nèi)安裝磁通檢測裝置是很困難的，但人們發(fā)現(xiàn)，即使不在異步電動機中直接安裝磁通檢測裝置，也可以在通用變頻器內(nèi)部得到與磁通相應(yīng)的量，并由此得到了所謂的無速度傳感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根據(jù)輸入的電動機的銘牌參數(shù)，按照一定的關(guān)系式分別對作為基本控制量的勵磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流進行檢測，并通過控制電動機定子繞組上的電壓的頻率使勵磁電流（或者磁通）和轉(zhuǎn)矩電流的指令值和檢測值達(dá)到一致，并輸出轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)矢量控制。

　　采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動機相匹配，而且可以控制異步電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動機的參數(shù)，有的通用變頻器在使用時需要準(zhǔn)確地輸入異步電動機的參數(shù)，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器，并需使用廠商指定的變頻器專用電動機進行控制，否則難以達(dá)到理想的控制效果。

　　目前新型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動機參數(shù)自動辨識、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動異步電動機進行正常運轉(zhuǎn)之前可以自動地對異步電動機的參數(shù)進行辨識，并根據(jù)辨識結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而對普通的異步電動機進行有效的矢量控制。除了上述的無傳感器矢量控制和轉(zhuǎn)矩矢量控制等，可提高異步電動機轉(zhuǎn)矩控制性能的技術(shù)外，目前的新技術(shù)還包括異步電動機控制常數(shù)的調(diào)節(jié)及與機械系統(tǒng)匹配的適應(yīng)性控制等，以提高異步電動機應(yīng)用性能的技術(shù)。為了防止異步電動機轉(zhuǎn)速偏差以及在低速區(qū)域獲得較理想的平滑轉(zhuǎn)速，應(yīng)用大規(guī)模集成電路并采用專用數(shù)字式自動電壓調(diào)整（AVR）控制技術(shù)的控制方式，已實用化并取得良好的效果。