文章摘要矢量控制，又名磁场导向控制，是一种通过变频器控制三相交流电机的方法，通过调整输出频率、电压大小及角度来控制电机输出。它将定子电流分解为励磁和转矩电流分量，实现磁链与转矩的解耦，从而独立控制速度和磁场。坐标变换，包括Clarke和Park变换，简化了系统模型，便于控制。电压空间矢量通过SVPWM三相逆变器实现，能够精确控制电机性能。这些技术使得矢量控制成为实现高性能电机调速的重要方法。正文01 什么是矢量控制矢量控制（vector control）也称为磁场导向控制（field-oriented control，简称FOC），是一种利用变频器（VFD）控制三相交流电机的技术，利用调整变频器的输出频率、输出电压的大小及角度，来控制交流电机的输出。具体是将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。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。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。具体而言，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 02 坐标变换坐标变换：通过数学上的坐标变换方法，可以使数学模型的维数降低，参变量之间的耦合因子减少，使系统数学模型简化。（1）Clarke变换（3s-2s）依据磁动势F守恒的分解，将三相静止坐标系ABC下的定子电流分解为两相静止坐标系αβ分量 根据两个坐标系下磁动势相等可得： 考虑到在坐标变换前后的总功不变，可得N3/N2=√2/√3,即 同样的，三相定子电压UABC到Uαβ的变换公式也是相同的。变换的思想：在三相坐标通入互差120°三相交流电流的形成的旋转磁动势与两相坐标下通入互差90°两相交流电流形成的旋转磁动势是等效的。但是可以发现，转子磁通在αβ坐标系下仍然是一个时变分量，不好做处理，需要进行下一步变换（2）Park变换（2s-2r）若直流电机电枢绕组以整体同步速度旋转，使其相互正交或垂直的绕组分别通以直流电流，产生的合成磁动势F相对于绕组是固定不变的，但从外部看，它的合成磁动势也是旋转的，这就是Park变换的思想。 等效原理：静止坐标系αβ下通入互差90°的交流电流iα，iβ，这样会形成一个以交流电流频率ω旋转的磁场；而在图中的dq旋转坐标系下，id,iq是一组直流电流，而dq坐标系以频率ω旋转，这样形成的旋转磁场与转换之前的旋转磁场是等效的。因此分量分解结果是 写成正变换的矩阵形式 经过Clarke-Park变换，PMSM的矢量控制框图中的蓝色虚线框中的功能已实现 其中转子位置θrel（或角度）的精确测量是控制中的精髓，对这方面的研究也层出不穷，目前使用最多的方法是霍尔传感器与增量光电编码器，也有无传感器的位置检测算法。 03 电压空间矢量PMSM控制元件最多的是SVPWM三相逆变器，其包含3个开关管SA，SB，SC及其相应的3个对管/SA,/SB,/SC，共有2^3=8中状态， 若规定三相负载的某一相与电源+极接通的开关状态设为“1”态，反之，与电源-极接通的开关状态设为“0”态，则可能的8种组合为 其中有电压1~6状态，零电压状态0和7逆变器的输出电压u(t)用空间电压矢量表示 把逆变器的8个输出状态放入空间平面中，其中Us(000)与Us(111)重合置于原点，这样形成7个电压空间矢量，每两个工作电压空间矢量相隔60°，其中6非零矢量构成正六边形的6个顶点 任意想要的逆变器输出状态都可以在空间矢量的组合中找到，这样利用空间矢量调制算法（SVPWM）用以调制αβ轴下的电压，实现PMSM的定子电流与磁链控制。 来源：电力电子技术与新能源