矢量控制的用途和优点

        很多读者曾经提起过矢量控制的问题，对此小编也是颇为不懂，这段时间查阅了并整理了一些资料，和大家共享。
 

矢量控制简介

        由于异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。

        将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。简单的说，矢量控制就是将磁链与转矩解耦，有利于分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能调速。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。矢量控制算法已被广泛地应用在siemens，ABB，GE，Fuji，SAJ等国际化大公司变频器上。

矢量控制实现的基本原理

        通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。

全数字化矢量控制变频器系统原理图

矢量控制的用途和优点

        采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。鉴于电机参数有可能发生变化，会影响变频器对电机的控制性能，目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。

矢量控制变频器

        矢量控制VectorCtrol是从AC电机的端电压和电流计算激磁电流和产生力矩部分的电流，得到与DC电机相同的转矩特性的控制方式。由于可进行转矩控制，所以与传统的通用变频器有很大不同。正逐步运用于高级机床、铁钢、造纸、薄膜等生产线上。早期的矢量控制需要有速度检测用解析器或者脉冲发生器，现在已有了不用这些的开环矢量控制。MM440有速度检测器的和没有的二种方式。

电流矢量：是直接控制产生电机磁场和转矩的激磁电流和转矩电流的方法。具体说就是同时控制定子电流I1和相位ф。转矩响应很好，精度也高。励磁电流Im=I1cosφ，力矩电流I2=I1sinφ，电机力矩=KImI2。

电压矢量：通过控制电机磁场和转矩的电压的方法。如果100%了解电机的定子回路，可与电流矢量有同等效果。综上所述矢量控制比以往的V/F控制要进步得多.特别加上编码器进行速度反馈,它可以完成力矩控制,且低速性能也大大改观。
 

结语

        矢量控制方法的提出具有划时代的意义.然而在实际应用中,由于转子磁链难以准确观测,系统特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂,使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。