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矢量控制
鎖定
- 中文名
- 矢量控制
- 外文名
- vector control
- 性 質
- 控制
- 屬 性
- 矢量
- 年 代
- 70年代
矢量控制簡介
矢量控制（vector control）也稱為磁場導向控制（field-oriented control，簡稱FOC），是一種利用變頻器（VFD）控制三相交流電機的技術，利用調整變頻器的輸出頻率、輸出電壓的大小及角度，來控制電機的輸出。其特性是可以分別控制電機的磁場及轉矩，類似他激式直流電機的特性。由於處理時會將三相輸出電流及電壓以矢量來表示，因此稱為矢量控制。
矢量控制可以適用在交流感應電機及直流無刷電機，早期開發的目的為了高性能的電機應用，可以在整個頻率範圍內運轉、電機零速時可以輸出額定轉矩、且可以快速的加減速。不過相較於直流電機，矢量控制可配合交流電機使用，電機體積小，成本及能耗都較低，因此開始受到產業界的關注。矢量控制除了用在高性能的電機應用場合外，也已用在一些家電的應用中。
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矢量控制技術簡介
利用矢量控制，可以用類似控制他激直流電機的方式控制交流感應電機及同步電機。在他激直流電機中，磁場電流及電樞電流可獨立控制，在矢量控制，控制磁場及電樞的電流互相垂直，理論上不會互相影響，因此當控制轉矩時，不會影響產生磁場的磁鏈，因此可以有快速的轉矩響應。
矢量控制會依照程式中計算的電流矢量，產生三相PWM的電壓提供給電機，目的是要控制電機的三相電流。其中會將電流及電壓等物理量在二個系統之間轉換，一個是隨速度及時間改變的三相系統，另一個則是二軸非線變的旋轉座標系統。
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矢量控制方式
採用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調速範圍上與直流電動機相匹配，而且可以控制異步電動機產生的轉矩。由於矢量控制方式所依據的是準確的被控異步電動機的參數，有的通用變頻器在使用時需要準確地輸入異步電動機的參數，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。鑑於電機參數有可能發生變化，會影響變頻器對電機的控制性能，並根據辨識結果調整控制算法中的有關參數，從而對普通的異步電動機進行有效的矢量控制。
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矢量控制矢量控制的特點
- 需要量測（或是估測）電機的速度或位置，若估測電機的速度，需要電機電阻及電感等參數，若可能要配合多種不同的電機使用，需要自動調適（autotuning）程序來量測電機參數。
- 藉由調整控制的目標值，轉矩及磁通可以快速變化，一般可以在5-10毫秒內完成。
- 若使用PI控制，步階響應會有過沖。
- 功率晶體的切換頻率（載波）一般為定值。
- 轉矩的精確度和控制系統中使用的電機參數有關，因此若因為電機温度變化．造成轉子電阻阻值提高．會造成誤差的變大。
矢量控制舉例
以異步電動機的矢量控制為例：
它首先通過電機的等效電路來得出一些磁鏈方程，包括定子磁鏈，氣隙磁鏈，轉子磁鏈，其中氣隙磁鏈是連接定子和轉子的。一般的感應電機轉子電流不易測量，所以通過氣隙來中轉，把它變成定子電流。
然後，有一些座標變換，首先通過3/2變換，變成旋轉的d-q座標，然後通過前面的磁鏈方程產生的單位矢量來得到旋轉座標下的類似於直流機的轉矩電流分量和磁場電流分量，這樣就實現瞭解耦控制，加快了系統的響應速度。
矢量控制其他
矢量控制（VC）方式
矢量控制變頻調速的做法是將異步電動機在三相座標系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止座標系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉座標系下的直流電流Im1、It1（Im1相當於直流電動機的勵磁電流；It1相當於與轉矩成正比的電樞電流），然後模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經過相應的座標反變換，實現對異步電動機的控制。
其實質是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈，然後分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經座標變換，實現正交或解耦控制。
綜合以上：矢量控制無非就四個知識：等效電路、磁鏈方程、轉矩方程、座標變換（包括靜止和旋轉）。
