电机的矢量控制

关于矢量控制，鄙人的通俗理解是：
1. 先把电机想像成 2 块飞速旋转磁铁，定子磁铁和转子磁铁。进一步可以引申为定子磁场和
转子磁场。
2. 电机的电磁转矩与定子磁场强度、转子磁场强度、2 块磁铁之间的夹角的正弦成正比。关于
这一点不难理解，两块磁铁对齐的时候（

0 度，sin0=0;）,不存在电磁转矩；两块磁铁相差

90 度的时候（sin90=1;）,电磁转矩达到顶峰；
3. 接下来控制的目标就是：
1）稳定其中的一个旋转磁场的强度（恒定磁场）；
2） 控制磁铁之间角度为 90 度（磁场定向 FOC）；
3） 控制另一个磁场（受控磁场）的强度以达到控制电磁转矩大小（力矩控制）。
4. 关于坐标变换的物理意义（以同步电机为例）：
1）在电机不失步的情况下，可以认为两个磁极之间相对静止，最多在夹角 0~90 度之间移
动。
2）既然交流电产生的是一个旋转磁场，那么自然可以把它想像成一个直流电产生的恒磁场，
只不过这个恒磁场处于旋转当中。
3）如果恒磁场对应的直流电流产生的磁场强度，与对应交流电产生的磁场强度相等，就可
以认为两者等同。
4）坐标变换基于以上认知，首先认为观察者站在恒定定磁场上并随之运转，观察被控磁场
的直流电线圈电流及两个磁场之间的夹角。
5）实际的坐标变化计算出的结果有两个，直轴电流 Id 和交轴电流 Iq。通过 Id 和 Iq 可以算
出两者的矢量和（总电流），及两个磁场之间的夹角。
6）直轴电流 Id 是不出力的，交轴电流 Iq 是产生电磁转矩关键因素。
5. 对于交流同步隐极电动机：
1） 其转子磁场是恒定的。
2） 转子的当前磁极位置用旋转编码器实时检测。
3） 定子磁极（旋转磁场）的位置从 A 相轴线为起点，由变频器所发的正弦波来决定。
4） 实际上先有定子磁场的旋转，然后才有转子磁场试图与之对齐而产生的跟随。
5） 计算出转子磁场与 A 相轴线之间的偏差角度。
6） 通过霍尔元件检测三相定子电流，以转子磁场与 A 相轴线之间的偏差角度作为算子
（相当于观察者与转子磁场同步旋转），通过坐标变换分解出定子旋转磁场中与转子磁极
对齐的分量（直轴电流

Id）,产生转矩的分量（交轴电流 Iq）。

7） 定子电流所产生旋转磁场与观察者基本同步，最多在夹角 0~90 度之间移动。移动量是
多少，会体现在直轴电流

Id、交轴电流 Iq 的数值对比上。

8） 驱动器通过前面的速度环的输出产生电流环的给定，通过第 6）条引入电流环的反馈
Iq，通过 PI 控制产生 Iq 输出。
9） 设定 Id=0。这一点不难理解，使两个磁极对齐的电流我们是不需要的。通过这一点，我