向量控制

向量控制（）也稱為磁場導向控制（，簡稱FOC），是一種利用變頻器（VFD）控制三相交流馬達的技術，利用調整變頻器的輸出頻率、輸出電壓的大小及角度，來控制馬達的輸出。當時相較於直流馬達驅動器，交流馬達驅動器的成本高、架構複雜，而且不易維護．而當時的向量控制需要許多感測器及放大器等元件，因此無法將向量控制應用在交流馬達驅動器中。在他激直流馬達中，磁場電流及電樞電流可獨立控制，在向量控制，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链，因此可以有快速的轉矩響應。

向量控制會依照程式中計算的電流向量，產生三相PWM的電壓提供給馬達，目的是要控制馬達的三相電流。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坐標系統。簡單的交流馬達控制可以利用以微處理器為基礎的控制系統來達成。

無感測器向量控制
（observer）來得到轉速的資訊，開迴路估測器中會計算轉速，但不會作回授控制，閉迴路觀測器則會計算轉速，並依此計算某物理量，利用此計算量計算值和向量控制中對應值的差異進行回授控制。無感測器向量控制由於不需要有加裝編碼器的馬達，在成本及可靠度上很有競爭力，但對於電流信號的要求也比較高。

直接及間接磁場導向
磁場導向控制可分為二種：分別是直接磁場導向控制（DFOC，也稱為回饋磁場導向控制）及間接磁場導向控制（IFOC，也稱為前饋磁場導向控制）。間接磁場導向控制可以在從零速到高於馬達額定頻率以上的弱磁區運作，因此較常使用。

直接磁場導向控制中，利用電壓型或電流型的磁通模型計算磁通大小及角度。在間接磁場導向控制中會先量測定子電流及轉子速度，再利用轉子速度及轉差率的計算值推導轉子角度，再得到磁通的角度。

向量控制的特點
*需要量測（或是估測）馬達的速度或位置，若估測馬達的速度，需要馬達電阻及電感等參數，若可能要配合多種不同的馬達使用，需要自動調適（autotuning）程序來量測馬達參數。
*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。
*若只使用PI控制，步階響應會有过冲。
*功率半導體的切換頻率（載波）一般為定值。
*轉矩的精確度和控制系統中使用的馬達參數有關，因此若因為馬達溫度變化．造成轉子電阻阻值提高．會造成誤差的變大。
*對處理器效能的要求較高，至少每一毫秒需執行一次馬達控制的演算法。

和其他技術的比較
變頻器除了使用向量控制外，另一種常用的技術是純量型的V/f控制，事先建好不同頻率下對應電壓的數據，變頻器的輸出電壓則依當時頻率查表（V/f曲線）而得。相較於V/f控制，向量控制需要有馬達電流、實際轉速等信號，架構較複雜，但控制性能也較V/f控制要好。

直接轉矩控制是另一種馬達控制的技術。相較於直接轉矩控制，向量控制的架構較要複雜，但其計算不需那麼頻繁，而且對電流感測器的要求也比較低。向量控制在處理器及週邊電路的成本較低，比較適用在一些不需要用到直接轉矩控制高性能的應用場合，

相關條目

• 控制理论
• 控制工程
• 特征向量
• 克拉克變換
• 派克變換
• 希爾伯特轉換
• 频率响应

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• 直接轉矩控制
• 卡尔曼滤波
• 鲁棒控制
• 根軌跡圖
• 摄动理论
• 信号流图
• 小信号模型
• 滑動模式控制
• 狀態觀測器
• 状态空间
• 系統分析
• 暫態響應
• 传递函数

參考資料