三种磁场定向矢量控制技术的比较知识讲解

磁场定向矢量控制技术按照获得磁链的不同方式大致可分为两种:直接和间接方式。

直接方式的实现依赖于直接测量或对转子，定子，气隙磁链矢量的幅值和位置的估算。

传统的直接矢量控制策略使用检测线圈，具有抽头的定子绕组或霍尔效应传感器对磁通进行检测，但由于电机结构或散热的需要就会产生一定的限制，但随着目前高速DSP的不断面世，在一个PWM周期内，实现负载的控制及磁链估算应成为可能，所以近年来基于磁链观测器的直接方式由重新得到了人们的重视。

而间接方式则使用电动机模型，例如对于转子磁通定向控制，它利用了固有的转差关系。

与直接的方法相比，间接方式对电机参数有较高的依赖性。

多数场合使用间接策略，因为这会使硬件电路相对简单并且在低频下也具有较好的总体性能，但是由于包含了会随着温度，饱和度和频率变化而变化的电机参数，所以需要研究不同的参数自适应策略。

如果从选择的磁链矢量分类的话，磁场定向矢量控制技术一般可分为三种，即气隙磁场定向控制，定子磁场定向控制，转子磁场定向控制。

1. 气隙磁场定向控制方案。

气隙磁场的定向控制是将旋转坐标系的M轴定向于气隙磁场的方向，此时气隙磁场的T轴分量为零。

如果保持气隙磁通M轴分量恒定，转矩直接和T轴电流成正比。

因此，通过控制T轴电流，可以实现转矩的瞬时控制，从而达到控制电机的目的。

2. 定子磁场定向控制方案。

定子磁场定向的控制方法，是将旋转坐标的M 轴放在定子磁场方向上，此时，定子磁通的T轴分量为零。

如果保持定子磁通恒定，转矩直接和T轴电流成正比，从而控制电机。

定子磁场定向控制使定子方程大大简化，从而有利于定子磁通观测器的实现。

然而此方案在进行磁通控制时，不论采用直接磁通闭环控制，还是采用间接磁通闭环控制，均须消除耦合项的影响。

因此，需要设计一个解耦器，对电流进行解耦。

3. 转子磁场定向控制方案。

转子磁场定向的控制方法是在磁场定向矢量控制方法中，将M,T坐标系放在同步旋转磁场上，将电机转子磁通作为旋转坐标系的M坐标轴。

若忽略由反电动势引起的交叉祸合，只需检测出定子电流的M轴分量，就可以观测转子磁通幅值。

当转子磁通恒定时，电磁转矩与定子电流的T 轴分量成正比，通过控制定子电流的T轴分量就可以控制电磁转矩。

因此称定子电流的M轴分量为励磁分量，定子电流的T轴分量为转矩分量。

可由电压方程M 轴分量控制转子磁通，T轴分量控制转矩，从而实现磁通和转矩的解耦控制。

下面对它们进行简要的总结和比较：
气隙磁场定向系统中磁通关系和转差关系中存在耦合，需要增加解耦器这使得它比转子磁通的控制方式要复杂，但具有一些状态能直接测量的优点，比如气隙磁通。

同时电机磁通的饱和程度与气隙磁通一致，故基于气隙磁通的控制方式更适合于处理饱和效应。

定子磁场定向的矢量控制方案，在一般的调速范围内可利用定子方程作磁通观测器，非常易于实现，且不包括对温度变化敏感的转子参数，可达到相当好的动静态性能，同时控制系统结构也相对简单，然而在低速时，由定子电阻压降占
端电压的大部分，致使反电动势测量误差较大，导致定子磁通观测不准，影响系统性能。

定子磁场定向的矢量控制系统适用于大范围弱磁运行的情况。

转子磁场定向的控制方案，缺点是磁链闭环控制系统中转子磁通的检测精度受转子时问常数的影响较大，降低了系统性能。

但它达到了完全的解耦控制，无需增加解耦器，并且不存在静态稳定性限制的条件，控制方式简单，具有较好动态性能和控制精度，故应用最为广泛。