關(guān)于交流電機(jī)的矢量控制技術(shù)，有很多論文與各種文章介紹。但多用難解的公式與坐標(biāo)來記述，如果沒有扎實(shí)的數(shù)學(xué)和控制等理論基礎(chǔ)的話，相信大家有同感比較難理解。日篤君盡量用簡單易懂的圖解與計(jì)算來聊聊電機(jī)的構(gòu)造，靜止坐標(biāo)與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變化，矢量控制，伺服控制等電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

在聊控制之前，為了更好理解控制，我們先來看看電機(jī)的構(gòu)造。實(shí)時(shí)應(yīng)用的電機(jī)構(gòu)造很復(fù)雜，但可以簡單的理解成：電機(jī)由裝在里面的轉(zhuǎn)子與裝在外面的定子構(gòu)成(也有相反的電機(jī))，轉(zhuǎn)子里面一般放入永久磁石，定子里面一般纏繞銅線。然后在中間插入中軸來帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)物體。

電機(jī)技術(shù)經(jīng)過百年的發(fā)展，形成了如上的各種分類。電機(jī)上使用的磁石屬于稀有金屬，產(chǎn)量主要分布在中國，近年由于稀土材料的價(jià)格高騰，工業(yè)界正在積極研究如何減少稀土的使用量，保持性能的同時(shí)降低產(chǎn)品成本，是企業(yè)也更是工程師永遠(yuǎn)的課題。如今實(shí)際應(yīng)用中，同步電機(jī)得到廣泛的采用。

同步電機(jī)又以磁石所裝入的部位，主要分類為SPM(表面磁石)和IPM(內(nèi)部磁石)：

SPM電機(jī)由于控制簡單，早起被工業(yè)界所采用，但是這種電機(jī)由于磁石裝在轉(zhuǎn)子的表面，所以可以利用的動(dòng)力主要來源于自身的表面磁石。

IPM電機(jī)由于可以利用磁石與磁石周圍勵(lì)磁的動(dòng)力，產(chǎn)生高密度的能量，而且可以通過構(gòu)造的工夫減少稀土的使用量，所以今年得到更廣泛的應(yīng)用。

SPM電機(jī)：

轉(zhuǎn)子(磁石未插入狀態(tài))

定子(線圈纏繞狀態(tài))

我們可以看到，定子鐵芯上有斜入的空心，在這里纏繞線圈。斜著是應(yīng)為可以使磁場平均化(具體請參照相關(guān)論文或?qū)＠?。

轉(zhuǎn)子與定子的合體

IPM電機(jī)：

轉(zhuǎn)子(磁石未插入狀態(tài))

我們可以看到裝磁石的地方分為對稱的兩條，這是應(yīng)為想使得勵(lì)磁的地方得到有效的利用，這個(gè)空心對稱的角度會(huì)影響勵(lì)磁動(dòng)力，具體有興趣的話可以參照各種專利(關(guān)于角度問題有很多專利申請)。

定子(線圈纏繞狀態(tài))

轉(zhuǎn)子與定子的合體

下面進(jìn)入正題，聊聊交流電機(jī)的控制問題。

一般的電機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻器如上所示。我們可以看到IGBT的輸出與電機(jī)的輸入都是三相(電壓，電流的UVW)，而電機(jī)里面的磁石只有S和N的兩極。同時(shí)，三相的UVW屬于靜止坐標(biāo)，而電機(jī)在運(yùn)行時(shí)屬于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，那么我們要控制電機(jī)就需要按照我們的目的把三相的靜止坐標(biāo)與二相的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)進(jìn)行互換。

我們先來俯瞰一下矢量控制的結(jié)構(gòu)圖：