浅析交流伺服电机矢量控制技术

关于交流电机的矢量控制技术，有很多论文与各种文章介绍。但多用难解的公式与坐标来记述，如果没有扎实的数学和控制等理论基础的话，相信大家有同感比较难理解。日笃君尽量用简单易懂的图解与计算来聊聊电机的构造，静止坐标与旋转坐标的变化，矢量控制，伺服控制等电机驱动技术。

在聊控制之前，为了更好理解控制，我们先来看看电机的构造。实时应用的电机构造很复杂，但可以简单的理解成：电机由装在里面的转子与装在外面的定子构成(也有相反的电机)，转子里面一般放入永久磁石，定子里面一般缠绕铜线。然后在中间插入中轴来带动驱动物体。

电机技术经过百年的发展，形成了如上的各种分类。电机上使用的磁石属于稀有金属，产量主要分布在中国，近年由于稀土材料的价格高腾，工业界正在积极研究如何减少稀土的使用量，保持性能的同时降低产品成本，是企业也更是工程师永远的课题。如今实际应用中，同步电机得到广泛的采用。

同步电机又以磁石所装入的部位，主要分类为SPM(表面磁石)和IPM(内部磁石)：

SPM电机由于控制简单，早起被工业界所采用，但是这种电机由于磁石装在转子的表面，所以可以利用的动力主要来源于自身的表面磁石。

IPM电机由于可以利用磁石与磁石周围励磁的动力，产生高密度的能量，而且可以通过构造的工夫减少稀土的使用量，所以今年得到更广泛的应用。

SPM电机：

转子(磁石未插入状态)

定子(线圈缠绕状态)

我们可以看到，定子铁芯上有斜入的空心，在这里缠绕线圈。斜着是应为可以使磁场平均化(具体请参照相关论文或专利)。

转子与定子的合体

IPM电机：

转子(磁石未插入状态)

我们可以看到装磁石的地方分为对称的两条，这是应为想使得励磁的地方得到有效的利用，这个空心对称的角度会影响励磁动力，具体有兴趣的话可以参照各种专利(关于角度问题有很多专利申请)。

定子(线圈缠绕状态)

转子与定子的合体

下面进入正题，聊聊交流电机的控制问题。