矢量控制

矢量控制，也称为磁场定向控制 (FOC)，是一种变频驱动 (VFD) 控制方法，其中三相交流或无刷直流电动机的定子电流被识别为两个可以可视化的正交分量 用一个向量。 一个分量定义电机的磁通量，另一个分量定义转矩。 驱动器的控制系统根据驱动器的速度控制给出的磁通和转矩参考值计算出相应的电流分量参考值。 通常使用比例积分 (PI) 控制器将测量的电流分量保持在其参考值。 变频驱动器的脉宽调制根据作为 PI 电流控制器输出的定子电压参考定义晶体管开关。

FOC 用于控制交流同步电机和感应电机。 它最初是为高性能电机应用开发的，这些应用需要在全速范围内平稳运行，在零速时产生全扭矩，并具有包括快速加速和减速在内的高动态性能。 然而，由于 FOC 的电机尺寸、成本和功耗降低优势，它对低性能应用也越来越有吸引力。 预计随着微处理器计算能力的提高，它最终将几乎普遍取代单变量标量伏特每赫兹 (V/f) 控制。

Technische Universität Darmstadt 的 K. Hasse 和西门子的 F. Blaschke 从 1968 年和 70 年代初期开始率先对交流电机进行矢量控制。 Hasse 提出间接矢量控制，Blaschke 提出直接矢量控制。 不伦瑞克技术大学的 Werner Leonhard 进一步开发了 FOC 技术，并在为交流驱动器开辟机会成为直流驱动器的竞争性替代品方面发挥了重要作用。

然而，直到 20 世纪 80 年代初微处理器商业化之后，通用交流驱动器才问世。 与直流驱动器相比，将 FOC 用于交流驱动器应用的障碍包括更高的成本和复杂性以及更低的可维护性，FOC 在此之前需要许多传感器、放大器等电子元件。

Park 变换长期以来广泛用于同步和感应电机的分析和研究。 转换是迄今为止理解 FOC 工作原理所需的最重要的概念，该概念在 1929 年由 Robert H. Park 撰写的一篇论文中首次被概念化。 Park 的论文在 20 世纪发表的所有电力工程相关论文中的影响力排名第二。 Park 工作的新颖之处在于他能够将任何相关机器的线性微分方程组从一个具有时变系数的方程组转换为另一个具有时不变系数的方程组，从而产生线性时不变系统或 LTI 系统。

主要竞争 VFD 控制平台概述：

矢量控制
FOC（面向磁场的控制）
MPC（模型预测控制）

虽然交流驱动控制的分析在技术上可能非常复杂（另请参见部分），但此类分析总是从沿着伴随的信号流图和方程式所涉及的驱动电机电路建模开始。

在矢量控制中，交流感应或同步电机在所有操作条件下都像他励直流电机一样受到控制。 也就是说，交流电机的行为类似于直流电机，其中由各自的磁场和电枢（或转矩分量）电流产生的励磁磁链和电枢磁链正交对齐。