交流异步电机矢量控制（二）——矢量控制原理

前言：在前面梳理完电机数学模型和坐标变换的知识后，下一步就是对矢量控制系统的建立，矢量控制系统重在于其思想框架的理解以及异步电机独有的多种磁场定向方案之间的区别，这两个问题都是值得独立探究的，按照顺序来。

本篇博客解决的目标问题：矢量控制的原理

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1  矢量控制的原理

      矢量控制的核心即为对异步电机的电磁转矩和励磁磁场的完全解耦控制，它在异步电机空间矢量模型的基础上，也就是前面讲的坐标变换的基础上，将电机定子电流的瞬时值分解为产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，并使得两者相互垂直，彼此独立，然后进行分别控制。

      异步电机空间矢量示意图如下所示，图中 αβ 为定子两相静止坐标系，dq 为以任意角速度旋转的两相坐标系；is 、us 分别为定子电流和定子电压空间矢量，isd 、isq、usd、usq 分别为 is 和 us 在dq轴上的分量，如果让 dq 坐标系以电机同步角速度 ws 进行旋转，并使 坐标系的d轴和异步电机的定子、转子或者气隙磁链空间矢量方向一直保持一致，则定子电流空间矢量 is 的q轴分量 isq 和电机的磁场方向垂直，被称为转矩分量，独立控制电机的电磁转矩；而定子电流空间矢量 is 的d轴分量 isd 和电机的磁场方向相重合，则被称为励磁分量，独立控制电机的励磁磁场。通过对 isq 和 isd 进行分别控制，异步电机就可以像他励直流电动机一样实现励磁和转矩的分别控制。（他励直流电机的原理大家抽象的看看这里【Youtube搬运】直流电动机的工作原理【含中文字幕需手动开启】_哔哩哔哩_bilibili）

对于异步电机，这种通过对电流的空间矢量进行坐标变换实现解耦控制的方法就称为矢量控制。异步电机坐标变换实现矢量控制结构图如下图所示：

从上述分析可知，矢量控制的原理其实并不复杂，核心思想就是把转矩的控制和励磁的控制解耦开，实现独立的控制。实现矢量控制原理的关键一步就是上面一段只是略微提到的一句话——如果让 dq 坐标系以电机同步角速度 ws 进行旋转，并使坐标系的d轴方向和异步电机的定子、转子或者气隙磁链空间矢量方向一直保持一致。但是实际上电机控制领域实现这一句话的跨越用了很多年的时间，其难点就在于如何让dq轴坐标系能够以同步角频率ws旋转，并且还能够使得dq坐标系的d轴和非常抽象的定子、转子或者气隙磁链的空间矢量重合。这就是我们下一篇博客需要解决的问题：如何实现dq轴坐标系的d轴方向与目标磁链空间矢量保持一致的方法——磁场定向。

总结：

1、矢量控制的核心即为对异步电机的电磁转矩和励磁磁场的完全解耦控制，它在异步电机空间矢量模型的基础上，也就是前面讲的坐标变换的基础上，将电机定子电流的瞬时值分解为产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，并使得两者相互垂直，彼此独立，然后进行分别控制。

2、对于异步电机，通过对电流的空间矢量进行坐标变换实现解耦控制的方法就称为矢量控制。

综上，本篇博客解决的目标问题：矢量控制的原理，解决完成。

 系列文章传送门：

1、交流异步电机矢量控制（一）——电机模型及其坐标变换

2、交流异步电机矢量控制（二）——矢量控制原理

3、交流异步电机矢量控制（三）——磁场定向

4、交流异步电机矢量控制（四）——simulink仿真搭建