矢量控制的变频调速系统

异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合、多变量的系统，通过坐标变换，可以使之降阶并解耦，但是并没有改变其非线性、多变量的本质。在标量控制中，动态性能不够理想，调节器的参数很难设计，究其原因在于仍采用单变量系统的控制思想，而没有从根本上解决非线性、多变量的特殊问题。
矢量控制（vector control），又称磁场定向控制（field-oriented control ）是在20世纪70年代初由美国学者和德国学者各自提出的。联邦德国西门子公司的F.Blaschke等提出“感应电机磁场定向的控制原理”。美国P.C.Custman和A.A.Clark 申请的专利“感应电机定子电压的坐标变换控制”，它们的诞生使交流变频调速技术在精细化方面上大大迈进了一步，以后在实践中许多学者进行了大量的工作，经过不断的改进，历经近30年的时间，达到了可与直流调速系统的性能相媲美的程度
从原理上说，矢量控制方式的特征是：它把交流电动机解析成直流电动机一样的转矩发生机构，按照磁场与其正交电流的积就是转矩这一基本的原理，从理论上将电动机的一次电流分离成建立磁场的励磁分量和磁场正交的产生转矩的转矩分量，然后进行控制。其控制思想就是从根本上改造交流电动机，改变其产生转矩的规律，设法在普通的三相交流电动机上模拟直流电动机控制转矩的规律。
矢量变换控制的基本思路，是以产生同样的旋转磁场为准则，建立三相交流绕组电流、两组交流绕组电流和在旋转坐标上的正交绕组直流电流之间的等效关系。
由电动机结构及旋转磁场的基本原理可知，三相固定的对称绕组A、B、C,通过三相正弦平衡交流电流ia、ib、ic时，即产生转速为的旋转磁场，如图（a）所示。

图等效旋转磁场下的不同绕组

实际上，产生旋转磁场不一定非要三相不可，除单相以外，二相、四相…….等任意的多相对称绕组，通过多相平衡电流，都能产生旋转磁场。图（b）所示是两相固定绕组和，通以两相平衡交流电流和（相位相差90°）时所产生的旋转磁场，当旋转磁场的大小和转速都相同时，图9（a）和（b）中所示的两套绕组等效。图（c）中有两个匝数相等相互垂直的绕组M和T，分别通以直流电流和产生位置固定的磁通 。如果使两个绕组同时以同步转速旋转，磁通自然随着旋转起来。这样也可以认为和图（a）所示的绕组是等效的。
可以想象，当观察者站到铁心上和绕组一起旋转时，在他看来是两个通以直流的相互垂直的固定绕组。如果取磁通的位置和M绕组的平面正交，就和等效的直流电动机绕组没有什么差别了。其中M绕组相当于励磁绕组，T绕组相当于电枢绕组。
由此可见，将异步电动机模拟成直流电动机进行控制，就是将A、B、C静止坐标系表示的异步电动机矢量变换到按转子磁通方向为磁场定向并以同步速度旋转的M-T直角坐标系上，即进行矢量的坐标变换。可以证明，在M-T直角坐标系上，异步电动机的数学模型和直流电动机的数学模型是极为相似的。因此，我们可以像控制直流电动机一样去控制异步电动机，以获得优越的调速性能。
矢量控制从原理上说可以得到与直流电动机相同的控制性能，但是矢量控制的运算中要使用电动机的参数。转差频率的运算中所采用的转子电阻值r2随电动机的温度而变化，在转矩控制精度上将产生问题。因此，设置转差补偿运算器，由电动机的定子电压、定子电流等检出转差频率的误差，自动地补偿转差频率，以求提高转矩控制的精度。