關(guān)于矢量控制，有位西莫朋友通俗理解寫很有意思：
1. 先把電機想像成2塊飛速旋轉(zhuǎn)磁鐵，定子磁鐵和轉(zhuǎn)子磁鐵。進一步可以引申為定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場。
2. 電機的電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁場強度、轉(zhuǎn)子磁場強度、2塊磁鐵之間的夾角的正弦成正比。關(guān)于這一點不難理解，兩塊磁鐵對齊的時候（0度，sin0=0;）,不存在電磁轉(zhuǎn)矩；兩塊磁鐵相差90度的時候（sin90=1;）,電磁轉(zhuǎn)矩達到頂峰；
3. 接下來控制的目標就是：
1）穩(wěn)定其中的一個旋轉(zhuǎn)磁場的強度（恒定磁場）；
2） 控制磁鐵之間角度為90度（磁場定向FOC）；
3） 控制另一個磁場（受控磁場）的強度以達到控制電磁轉(zhuǎn)矩大小（力矩控制）。
4. 關(guān)于坐標變換的物理意義（以同步電機為例）：
1）在電機不失步的情況下，可以認為兩個磁極之間相對靜止，最多在夾角0~90度之間移動。
2）既然交流電產(chǎn)生的是一個旋轉(zhuǎn)磁場，那么自然可以把它想像成一個直流電產(chǎn)生的恒磁場，只不過這個恒磁場處于旋轉(zhuǎn)當中。
3）如果恒磁場對應的直流電流產(chǎn)生的磁場強度，與對應交流電產(chǎn)生的磁場強度相等，就可以認為兩者等同。
4）坐標變換基于以上認知，首先認為觀察者站在恒定定磁場上并隨之運轉(zhuǎn)，觀察被控磁場的直流電線圈電流及兩個磁場之間的夾角。
5）實際的坐標變化計算出的結(jié)果有兩個，直軸電流Id和交軸電流Iq。通過Id和Iq可以算出兩者的矢量和（總電流），及兩個磁場之間的夾角。
6）直軸電流Id是不出力的，交軸電流Iq是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩關(guān)鍵因素。
5. 對于交流同步隱極電動機：
1） 其轉(zhuǎn)子磁場是恒定的。
2） 轉(zhuǎn)子的當前磁極位置用旋轉(zhuǎn)編碼器實時檢測。
3） 定子磁極（旋轉(zhuǎn)磁場）的位置從A相軸線為起點，由變頻器所發(fā)的正弦波來決定。
4） 實際上先有定子磁場的旋轉(zhuǎn)，然后才有轉(zhuǎn)子磁場試圖與之對齊而產(chǎn)生的跟隨。
5） 計算出轉(zhuǎn)子磁場與A相軸線之間的偏差角度。
6） 通過霍爾元件檢測三相定子電流，以轉(zhuǎn)子磁場與A相軸線之間的偏差角度作為算子（相當于觀察者與轉(zhuǎn)子磁場同步旋轉(zhuǎn)），通過坐標變換分解出定子旋轉(zhuǎn)磁場中與轉(zhuǎn)子磁極對齊的分量（直軸電流Id）,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的分量（交軸電流Iq）。
7） 定子電流所產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場與觀察者基本同步，最多在夾角0~90度之間移動。移動量是多少，會體現(xiàn)在直軸電流Id、交軸電流Iq的數(shù)值對比上。
8） 驅(qū)動器通過前面的速度環(huán)的輸出產(chǎn)生電流環(huán)的給定，通過第6）條引入電流環(huán)的反饋Iq，通過PI控制產(chǎn)生Iq輸出。
9） 設定Id=0。這一點不難理解，使兩個磁極對齊的電流我們是不需要的。通過這一點，我們實現(xiàn)了磁場定向FOC（控制磁鐵之間角度為90度）。
10） 計算出了Iq, Id=0。引入偏差角度算子通過坐標反變換變換產(chǎn)生了三相電流的輸出。
11） 當Iq>0, 定子旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子磁場的超前90度，電磁轉(zhuǎn)矩依靠兩個磁場之間異性相吸的原理來產(chǎn)生，這時候電磁轉(zhuǎn)矩起到加速的作用。
12） 當Iq<0, 定子旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子磁場的仍然超前90度，但是定子磁場的N、S極調(diào)換了一下，電磁轉(zhuǎn)矩依靠兩個磁場之間同性相排斥的原理來產(chǎn)生，這時候電磁轉(zhuǎn)矩起到減速制動的作用。
13） 從本質(zhì)上講，我們是依靠控制定子旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子磁場的超前角度及該磁場的強度來實現(xiàn)矢量控制的。
6. 對于交流感應電動機：
1） 定子通入三相交流電，產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場以定子A相軸線為起點出發(fā)，并與定子電流相位對齊。
2） 定子旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生三相感應電勢e=dλ/dt，λ為穿過轉(zhuǎn)子繞組的磁鏈。e產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，然后產(chǎn)生另一個旋轉(zhuǎn)磁場－－－－-轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場。如果λ隨空間（或時間）正弦變化，則e所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場滯后穿越轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁鏈90度。
3） 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度疊加在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上。事實上，這兩個磁場之間的旋轉(zhuǎn)是同步的。
4） 與同步電機不同，感應電機的兩個磁場之間不可能發(fā)生失步。因為轉(zhuǎn)子速度一旦慢了，定子旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子的速度就會加快，轉(zhuǎn)子三相感應電勢產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流進而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場速度就必然加快。導致的結(jié)果仍然是兩者同步。
5） 感應電機的電磁轉(zhuǎn)矩便由這兩個磁場之間的試圖對齊的力產(chǎn)生。
6） 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子電流對齊。
7） 如果不考慮轉(zhuǎn)子漏感的影響，轉(zhuǎn)子為純阻性負載，轉(zhuǎn)子感應電勢e與轉(zhuǎn)子電流同相位。此時，這定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場之間的角度相差90度。
8） 實際上，轉(zhuǎn)子有漏感，且轉(zhuǎn)差率越大，漏感越大，導致轉(zhuǎn)子電流滯后轉(zhuǎn)子電勢一個角度，也就是說轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場要比感應電勢e滯后一個角度。
9） 所以，受轉(zhuǎn)子漏感的影響，我們無法保證定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場相差90度，它們之間相差的角度大于90度而小于180度。那么，我們就必須控制控制定子旋轉(zhuǎn)磁場中與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場正交的部分，也就是穿過轉(zhuǎn)子繞組的凈磁鏈。
10） 與同步電機的第1個區(qū)別在于，同步電機的轉(zhuǎn)子磁場自然產(chǎn)生，因此定子上無需直軸電流來產(chǎn)生磁場（Id=0），只需控制交軸電流Iq。而感應電機的定子電流既需要直軸電流來產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)磁場，又需要交軸電流來產(chǎn)生轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場。
11） 與同步電機的第2個區(qū)別在于，感應電機矢量控制體現(xiàn)在保持定子磁場穿越轉(zhuǎn)子繞組的部分強度恒定，控制轉(zhuǎn)子電流自身產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的大小。
12） 轉(zhuǎn)子起始磁極位置認為是0。在運轉(zhuǎn)的過程中通過旋轉(zhuǎn)編碼器對其不斷進行檢測。為什么可以認為起始磁極位置=0，因為這一誤差會隨時間衰減到0。
13） 定子磁極（定子旋轉(zhuǎn)磁場）的位置從A相軸線為起點，由變頻器所發(fā)的正弦波來決定。
14） 計算出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁極與A相軸線之間的偏差角度。
15） 通過霍爾元件檢測三相定子電流，以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場與A相軸線之間的偏差角度作為算子，通過坐標變換分解出其中產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子磁極對齊的分量（直軸電流Id）,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的分量（交軸電流Iq）。
16） 保持Id為恒定值，即保證穿過轉(zhuǎn)子繞組的凈磁鏈恒定。
17） 控制與Id相差90度的Iq大小，也就控制了轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的大小。
矢量控制的核心思想是在控制磁場的基礎上再控制轉(zhuǎn)矩，磁場定向是用定子電流矢量解耦的方式實現(xiàn)這個目的，近似得到一個線性系統(tǒng)；而直接轉(zhuǎn)矩控制是用直接狀態(tài)回饋來實現(xiàn)這個目的，只能構(gòu)造一個bang-bang的非線性系統(tǒng)。
無論同步機還是異步機，主要差別在于轉(zhuǎn)子勵磁的來源，它們都可以對定子磁場、氣隙磁場或轉(zhuǎn)子磁場之一進行定向控制，但不一定能達到完全解耦的效果。（對于永磁同步，可以把永磁體等效為一個恒定電勵磁裝置。） |
樓主: 偉光
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發(fā)表于 2014-4-8 09:25:45
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