矢量控制的形象描述

wj863

关于矢量控制，鄙人的通俗理解是：
1. 先把电机想像成2块飞速旋转磁铁，定子磁铁和转子磁铁。进一步可以引申为定子磁场和转子磁场。
2. 电机的电磁转矩与定子磁场强度、转子磁场强度、2块磁铁之间的夹角的正弦成正比。关于这一点不难理解，两块磁铁对齐的时候（0度，sin0=0;）,不存在电磁转矩；两块磁铁相差90度的时候（sin90=1;）,电磁转矩达到顶峰；
3. 接下来控制的目标就是：
1）稳定其中的一个旋转磁场的强度（恒定磁场）；
2） 控制磁铁之间角度为90度（磁场定向FOC）；
3） 控制另一个磁场（受控磁场）的强度以达到控制电磁转矩大小（力矩控制）。
4. 关于坐标变换的物理意义（以同步电机为例）：
1）在电机不失步的情况下，可以认为两个磁极之间相对静止，最多在夹角0~90度之间移动。
2）既然交流电产生的是一个旋转磁场，那么自然可以把它想像成一个直流电产生的恒磁场，只不过这个恒磁场处于旋转当中。
3）如果恒磁场对应的直流电流产生的磁场强度，与对应交流电产生的磁场强度相等，就可以认为两者等同。
4）坐标变换基于以上认知，首先认为观察者站在恒定定磁场上并随之运转，观察被控磁场的直流电线圈电流及两个磁场之间的夹角。
5）实际的坐标变化计算出的结果有两个，直轴电流Id和交轴电流Iq。通过Id和Iq可以算出两者的矢量和（总电流），及两个磁场之间的夹角。
6）直轴电流Id是不出力的，交轴电流Iq是产生电磁转矩关键因素。
5. 对于交流同步隐极电动机：
1） 其转子磁场是恒定的。
2） 转子的当前磁极位置用旋转编码器实时检测。
3） 定子磁极（旋转磁场）的位置从A相轴线为起点，由变频器所发的正弦波来决定。
4） 实际上先有定子磁场的旋转，然后才有转子磁场试图与之对齐而产生的跟随。
5） 计算出转子磁场与A相轴线之间的偏差角度。
6） 通过霍尔元件检测三相定子电流，以转子磁场与A相轴线之间的偏差角度作为算子（相当于观察者与转子磁场同步旋转），通过坐标变换分解出定子旋转磁场中与转子磁极对齐的分量（直轴电流Id）,产生转矩的分量（交轴电流Iq）。
7） 定子电流所产生旋转磁场与观察者基本同步，最多在夹角0~90度之间移动。移动量是多少，会体现在直轴电流Id、交轴电流Iq的数值对比上。
8） 驱动器通过前面的速度环的输出产生电流环的给定，通过第6）条引入电流环的反馈Iq，通过PI控制产生Iq输出。
9） 设定Id=0。这一点不难理解，使两个磁极对齐的电流我们是不需要的。通过这一点，我们实现了磁场定向FOC（控制磁铁之间角度为90度）。
10） 计算出了Iq, Id=0。引入偏差角度算子通过坐标反变换变换产生了三相电流的输出。
11） 当Iq>0, 定子旋转磁场对转子磁场的超前90度，电磁转矩依靠两个磁场之间异性相吸的原理来产生，这时候电磁转矩起到加速的作用。
12） 当Iq<0, 定子旋转磁场对转子磁场的仍然超前90度，但是定子磁场的N、S极调换了一下，电磁转矩依靠两个磁场之间同性相排斥的原理来产生，这时候电磁转矩起到减速制动的作用。
13） 从本质上讲，我们是依靠控制定子旋转磁场对转子磁场的超前角度及该磁场的强度来实现矢量控制的。
6. 对于交流感应电动机：
1） 定子通入三相交流电，产生定子旋转磁场，旋转磁场以定子A相轴线为起点出发，并与定子电流相位对齐。
2） 定子旋转磁场切割转子绕组，产生三相感应电势e=dλ/dt，λ为穿过转子绕组的磁链。e产生转子电流，然后产生另一个旋转磁场－－－－-转子旋转磁场。如果λ随空间（或时间）正弦变化，则e所产生的转子旋转磁场滞后穿越转子的旋转磁链90度。
3） 转子旋转磁场的旋转速度叠加在旋转的转子上。事实上，这两个磁场之间的旋转是同步的。
4） 与同步电机不同，感应电机的两个磁场之间不可能发生失步。因为转子速度一旦慢了，定子旋转磁场切割转子的速度就会加快，转子三相感应电势产生转子电流进而产生转子旋转磁场速度就必然加快。导致的结果仍然是两者同步。
5） 感应电机的电磁转矩便由这两个磁场之间的试图对齐的力产生。
6） 转子旋转磁场与转子电流对齐。
7） 如果不考虑转子漏感的影响，转子为纯阻性负载，转子感应电势e与转子电流同相位。此时，这定子旋转磁场与转子旋转磁场之间的角度相差90度。
8） 实际上，转子有漏感，且转差率越大，漏感越大，导致转子电流滞后转子电势一个角度，也就是说转子旋转磁场要比感应电势e滞后一个角度。
9） 所以，受转子漏感的影响，我们无法保证定子旋转磁场和转子旋转磁场相差90度，它们之间相差的角度大于90度而小于180度。那么，我们就必须控制控制定子旋转磁场中与转子旋转磁场正交的部分，也就是穿过转子绕组的净磁链。
10） 与同步电机的第1个区别在于，同步电机的转子磁场自然产生，因此定子上无需直轴电流来产生磁场（Id=0），只需控制交轴电流Iq。而感应电机的定子电流既需要直轴电流来产生定子旋转磁场，又需要交轴电流来产生转子旋转磁场。
11） 与同步电机的第2个区别在于，感应电机矢量控制体现在保持定子磁场穿越转子绕组的部分强度恒定，控制转子电流自身产生的旋转磁场的大小。
12） 转子起始磁极位置认为是0。在运转的过程中通过旋转编码器对其不断进行检测。为什么可以认为起始磁极位置=0，因为这一误差会随时间衰减到0。
13） 定子磁极（定子旋转磁场）的位置从A相轴线为起点，由变频器所发的正弦波来决定。
14） 计算出转子旋转磁极与A相轴线之间的偏差角度。
15） 通过霍尔元件检测三相定子电流，以转子旋转磁场与A相轴线之间的偏差角度作为算子，通过坐标变换分解出其中产生与转子磁极对齐的分量（直轴电流Id）,产生转矩的分量（交轴电流Iq）。
16） 保持Id为恒定值，即保证穿过转子绕组的净磁链恒定。

17） 控制与Id相差90度的Iq大小，也就控制了转子旋转磁场的大小。

该帖之内容，本人最早见于中国工控网论坛的“石工”于2008年12月22日发表，楼主是否原创者，本论坛无从分辨，如有维权诉求，请联系coo@simol.cn. ------ roccy按

dianjikongzhi

每个人对矢量控制的理解和理解程度不一样，用自己的思维理解矢量控制，请大家说说。聚集大家的智慧

zhangxj2010

我感觉如果叫矢量调节，说不定比矢量控制会更好一些。

lbz0123

叫磁场定向控制可能更传神些
或者叫解耦控制
其实就是将电机定子电流折算到转子座标系上 分解成转矩和激磁两个相互解耦的分量
从而直接调节气隙磁通和转子转矩的控制方法

leolilee

激磁两个相互解耦，磁链解耦，一个字，烦！！！

shuyan

通过旋转坐标变换将强偶合的交流电机等效为直流电机，进行解偶控制，从而可以得到与直流电机相媲美的控制性能。
其基本的控制思想是通过控制垂直于转子磁链的定子电流来控制电机的电磁转矩。

cl0201

把励磁和转矩分开，励磁刚好只用来建立磁场，转矩只管根据负载进行出力

yjhou

将交流电机等价成直流电机，将IGBT和电机视为一体。

pan_bwxyz

为了实现感应电机的机械特性与他励直流电机的机械特性完全一样，实现了磁场和转矩的解耦控制。由于直轴和转子磁场重合，因此也称转子磁场定向控制。

rbbjj

电机端的有功和无功功率，分别与输出和励磁功率对应，可转换成在给定频率下电流的转距和磁场分量。

tbdx160

把逆变器和电机看做一个整体来进行控制，转矩和激磁解耦。

kingle6374

回复 1# dianjikongzhi

矢量控制和磁场定向控制，这两个概念有时候会有点模糊，既包含又有区别。有时候在论文上看到“基于磁场定向的矢量控制”，总之有点迷糊。

melody19880908

我觉得贯穿总体的思维就是像直流电机一样控制交流电机，当中设计的数学变换都是因为这条主线一步一步加进来的。

wzh2718

通俗易懂，形象生动，写的真好！要是当年电机学的课本能写成这样，估计就不会有那么多人考试不及格了...

bauhinia

支持。
矢量控制的核心思想是在控制磁场的基础上再控制转矩，磁场定向是用定子电流矢量解耦的方式实现这个目的，近似得到一个线性系统；而直接转矩控制是用直接状态回馈来实现这个目的，只能构造一个bang-bang的非线性系统。
无论同步机还是异步机，主要差别在于转子励磁的来源，它们都可以对定子磁场、气隙磁场或转子磁场之一进行定向控制，但不一定能达到完全解耦的效果。（对于永磁同步，可以把永磁体等效为一个恒定电励磁装置。）

ryu

支持。
矢量控制的核心思想是在控制磁场的基础上再控制转矩，磁场定向是用定子电流矢量解耦的方式实现这个 ...
bauhinia 发表于 2011-7-13 13:00

                               
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说的好

hhzzhh0502

用矢量等效的原则进行坐标变换，以达到解耦的目的，实现将复杂控制简单化。

wander_zhang

用矢量数学问题来解决磁场定向的物理问题

meiguoquan

回复 5# shuyan
通过旋转坐标变换，把交流电机等效为直流电机。我想请问旋转坐标变换之后得到的Id，Iq，Ud，Uq都是直流量吗？为什么我仿真出来的Ud，Uq不是直流的？论坛上下下来的模型Ud，Uq也非直流量

zhangningwy

理想的v/f控制