原创 矢量控制

矢量控制<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

传统的控制方法，比如前面介绍的压频比控制，都是对电机驱动电压的频率和幅值进行控制。与之相比，矢量控制法则同时控制电机驱动电压的频率、幅值以及相位。矢量控制的关键在于产生一个三相电压矢量以控制三相定子电流矢量。该三相定子电流矢量可以控制转子磁通矢量进而控制转子电流相矢量。

最终，需要对转子电流分量进行控制。因为转子为钢质鼠笼结构且不存在直接电气连接，因此无法测量转子电流。由于转子电流不能直接测量，应用程序中使用可直接测量的参数来间接计算这些参数。

本应用笔记中介绍的控制技术称为间接矢量控制，这是因为没有直接对转子电流进行控制。使用以下数据可实现转子电流的间接矢量控制：

• 瞬时定子相电流， ia、 ib 和 ic

• 转子机械速度

• 转子电气时间常数

电机需配置用以检测三相定子电流的传感器以及转子速度反馈装置。

从不同的角度理解矢量控制

理解矢量控制如何工作的关键是要在头脑中设想参考坐标变换过程。当考虑交流电机如何工作时，您可能从定子的角度来设想其运行过程。从这一角度，定子绕组上施加了正弦输入电流，该时变信号产生了旋转的磁通。转子的速度将是旋转磁通矢量的函数。从定子静止坐标系的角度来看，定子电流和旋转磁通矢量看似交流量。现在，不再采用前面的角度，而是设想您自己以相同的速度随着定子电流产生的旋转磁通矢量进行同步旋转。从这一角度来观察稳态运行的电机，定子电流看似常量而转子磁通矢量则是静止的！最终，您只要控制定子电流来获得期望的转子电流 （不能直接测量获得）。通过坐标变换，可使用标准的控制环，如同控制直流量一样实现对定子电流的控制。矢量控制综述以下总结了间接矢量控制的实现步骤：

1.测量 3 相定子电流，可分别获得 ia、ib 和 ic。同时测量转子速度。

2.将 3 相电流变换至 2 轴系统。该变换将三相相电流测量值 ia、 ib 和 ic 变换为变量 iα和iβ。从定子的角度来看，iα和iβ是互为正交的时变电流值。

3.按照控制环上一次迭代计算出的变换角，旋转 2轴坐标系使之与转子磁通对齐。iα和 iβ变量经过该变换可获得 Id 和 Iq 变量。 Id 和 Iq 变量为变换到旋转坐标系下的正交电流。在稳态条件下， Id和 Iq 是常量。

4.比较 Id、Iq 的实际值与给定值就得到各自的误差信号。Id 给定值用以控制转子磁通。Iq 给定值则用以控制电机的转矩输出。误差信号作为PI 控制器的输入。控制器的输出为 Vd 和 Vq， 也就是加到电机上的电压矢量。

5.计算新的坐标变换角。该计算子程序的输入参数包括电机转速、转子电气时间常数、Id 和 Iq 。新的角度将告知算法下一个电压矢量在何处以获得当前运行条件下所需的转差率。

6.通过使用新的坐标变换角可将PI控制器的输出变量 Vd 和 Vq 变换至静止参考坐标系。该计算将产生正交电压值Vα和 Vβ。

7.Vα和 Vβ值经过反变换得到 3 相电压值 Va、Vb 和Vc。该3相电压值用来计算新的PWM占空比以生成所期望的电压矢量。