执行元件是伺服系统的重要性组成部分,它的作用是把驱动线路的电信号转换为机械运动,整个伺服系统的调速性能、动态特性,运行精度等均与执行元件有关。通常伺服系统对执行元件有如下要求:

(1)调速范围宽且具有良好的稳定性,尤其是低速运行的稳定性和均匀性。

(2)负载特性好,即使在低速时也应有足够的负载能力。

(3)尽可能减少电动机的转动惯量,以提高系统的快速动态响应。

(4)能够频繁启、停及换向。

目前在数控机床上广泛应用的有直流伺服电动机和交流伺服电动机。

1.直流伺服电动机

直流伺服电动机具有响应迅速、精度高、调速范围宽、负载能力大、控制特性优良等优点,被广泛应用在闭环或半闭环控制的伺服系统中。

(1)直流伺服电动机的工作原理及类型

与普通电动机一样,直流伺服电动机也主要由磁极、电枢、电刷及换向片三部分组成,如图3-38所示。其中磁极采用永磁材料制成,充磁后即可产生恒定磁场。在他励式直流伺服电动机中,磁极由冲压硅钢片叠成,外绕线圈,靠外加励磁电流才能产生磁场。电枢转子也是由硅钢片叠成,表面嵌有线圈,通过电刷和换向片与外加电枢电源相连。

当电枢绕组中通过直流电时,在定子磁场的作用下就会产生带动负载旋转的电磁转矩,驱动转子转动。通过控制电枢绕组中电流的方向和大小,就可以控制直流伺服电动机的旋转方向和速度。当电枢绕组中电流为零时,伺服电动机静止不动。

直流伺服电动机按定子磁场产生方式可分为永磁式和他励式两类,它们的性能相近。由于永磁式直流伺服电动机不需要外加励磁电源,因而在机电一体化伺服系统中应用较多。

直流伺服电动机按电枢的结构与形状可分成平滑电枢型、空心电枢型和有槽电枢型等。平滑电枢型的电枢无槽,其绕组用环氧树脂粘固在电枢铁芯上,因而转子形状细长,转动惯量小。空心电枢型的电枢无铁芯,且常做成杯形,其转子转动惯量最小。有槽电枢型的电枢与普通直流电动机的电枢相同,因而转子转动惯量较大。

图3-38　直流伺服电动机的基本结构

直流伺服电动机还可按转子转动惯量的大小而分成大惯量、中惯量和小惯量直流伺服电动机。大惯量直流伺服电动机(又称直流力矩伺服电动机)负载能力强,易于与机械系统匹配,而小惯量直流伺服电动机的加速能力强、响应速度快、动态特性好。

由上述可见,直流伺服电动机有多种类型,各有特点及相应的适用场合,设计伺服系统时,应根据具体条件和要求来合理选用。

(2)直流伺服电动机速度控制系统

直流调速控制系统多采用晶闸管(即可控硅SCR)调速系统和晶体管脉宽调制(即PWM)调速系统。这两种调速系统都采用永磁直流伺服电动机作为驱动元件,调速方法采用改变电动机电枢端电压。在晶闸管调速系统中,主回路多采用三相全控桥式整流电路,通过对12个晶闸管触发角的控制,达到控制电动机电枢电压的目的。而脉宽调速系统是利用脉宽调制器对大功率晶体管的时间进行控制,将直流电压转换成某一频率的方波电压,加到电动机电枢两端,通过对方波脉冲宽度的控制,改变电枢两端的平均电压,从而达到控制电动机转速的目的。

SCR 和PWM 调速系统的控制原理基本相同,如图3-39所示。由于系统由电流和速度两个反馈回路组成,所以称为双闭环系统。其内环(电流环),由电流互感器或采样电阻获得电枢电流的实际值,它的作用是由电流调节器对电动机电枢回路引起滞后作用的某些时间常数进行补偿,使回路动态电流按所需的规律变化。其外环(速度环),由与电动机同轴安装的测速发电机获得电动机的实际转速的反馈回路构成,其作用是对电动机的速度误差进行调节,以实现所要求的动态特性。电流环可实现硬特性的调速,而速度环可以增大调速范围。一般电流调节器与速度调节器均采用PI调节器,由线性运算放大器和阻容元件组成。目前,直流电动机调速系统均采用这种双闭环控制方案。下面分别阐述SCR 与PWM 直流调速系统的工作原理。

图3-39　双闭环直流伺服系统控制框图

1)晶闸管电动机直流调速系统

永磁直流伺服电动机以其过载能力强、动态响应快、调速范围宽和低速输出转矩大等优点曾被广泛应用于数控机床的进给伺服系统。图3-40为采用三相全控桥式整流电路供电的主回路,有两组正负对接的可控硅整流器:一组用于提供正向电压,供电机正转;另一组提供反向电压,供电机反转。

图3-40　三相桥式反并联整流电路

通过改变晶闸管触发角a,就可改变永磁直流伺服电动机的电枢电压,从而达到调速的目的,但其调速范围较小。为满足数控机床调速范围的要求,必须采用带有速度反馈的闭环系统,因为闭环调速范围为开环调速范围的(1＋K)倍(K 为开环放大倍数)。为实现硬特性的调速要求,改善系统的动态性能,增加一个电流反馈环节,构成如图3-41所示的双闭环调速系统。其工作原理简述如下:

图3-41　晶闸管直流调速单元结构框图

当给定的速度指令信号增大时,该信号与速度反馈信号比较产生较大的偏差信号,经放大加到速度调节器的输入端,调节器的输出电压随之增加,使触发脉冲前移(减小a 角),SCR 输出电压提高,电动机转速上升。同时测速发电机输出的速度反馈电压也逐渐升高,反馈到输入端使偏差信号减小,电动机转速上升减缓。当速度反馈值等于或接近给定值时,系统达到新的动态平衡,电动机就以较高转速稳定运转。如果系统受到外界干扰,如负载增加时,电动机转速下降,反馈信号随之减小,偏差信号增大,又使速度调节器的输出电压增加,触发脉冲前移,晶闸管整流器输出电压升高,使电动机转速上升到外界干扰前的转速值。与此同时,电流调节器也起调节作用,用以维持或调节电枢主回路的电流变化。如当电网电压突然降低时,整流器输出电压也随之降低。电动机转速由于机械惯性尚未变化之前,首先引起主回路电流减小,电流调节器输出信号增加,触发脉冲前移,使整流器输出电压增加并恢复到原来的值,从而抑制了主回路电流的变化。当速度给定信号为一阶跃函数时,电流调节器有一个很大的给定值,使其输出值为最大饱和值,此时的电枢电流也为最大值(一般取额定值的2～4倍),从而使电动机在加速过程中始终保持最大的动态转矩,以便启动、制动过程最短。由此可见,具有速度外环和电流内环的双闭环调速系统具有良好的静、动态性能,最大限度地利用电动机的过载能力,使过渡过程加快。

这种双闭环系统的缺点是:在低速轻载时电枢电流会出现断续,机械特性变软,整流装置的外特性变陡,系统总放大倍数下降,动态品质恶化。为此可采用电枢电流自适应调节器加以调节,也可以采用增加一个电压调节器内环来解决。

2)晶体管脉宽调制式直流速度控制系统

由于电动机是电感元件,转子的质量较大,有较大的电磁时间常数和机械时间常数,因此,电枢电压可用周期远小于电动机时间常数的方波的平均电压来代替。图3-42所示是用方波电压调速的原理图,用大功率晶体管的开关作用,将直流电压转换成频率约2k Hz的方波电压,供给直流电动机的电枢绕组。通过对开关关闭时间长短的控制,来控制加到电枢绕组两端的平均电压,达到调速的目的。图中K 代表大功率晶体管开关放大器。电枢两端的平均电压Ud为

式中　U——电源电压;

τ——每次闭合时间;

T——开闭周期,若开关频率为2k Hz,则T＝0.0005s;

τ/T——占空比,改变占空比可改变Ud。

在电枢两端接有续流二极管,当K 闭合时二极管不导通;当K 断开时,电枢绕组产生的感应电流通过它构成闭合回路。

图3-42　脉宽调制示意图

所谓PWM 调速是在大功率开关晶体管的基极上,加上脉宽可调的方波电压,控制开关管的导通时间τ,改变占空比,达到调速的目的。PWM 直流伺服驱动系统的组成原理如图3-43所示,为双闭环系统,其核心部分主要是脉宽调制器和脉冲功率放大器。下面分别对这两部分给予说明。

图3-43　直流PWM 系统组成原理框图

①脉冲功率放大器(PWM 系统的主回路)

PWM 系统的主回路有多种形式,这里仅以H 形双极式可逆电路为例说明其工作原理。如图3-44所示,它由四个大功率晶体管和四个续流二极管组成。四个大功率管分为两组,VTl和VT4为一组,VT2和VT3为另一组。同一组中的两个晶体管同时导通或同时关断。一组导通时另一组关断,两组交替导通和关断,不能同时导通。把一组控制方波加到一组大功率晶体管的基极上,同时把反向后的该组方波加到另一组的基极上,就能达到上述目的。

图3-44　H 形双极式PWM 功率转换电路

图3-45所示是电压电流波形。由图可知,加在ub1和ub4上方波的正半波比负半波宽,因此加到电动机电枢两端的平均电压为正(设从A 到B 为正),电动机正转。在0≤t＜t1期间,ub1、ub4为正,晶体管VT1和VT4导通;ub2、ub3为负,VT2和VT3截止;当外加电压大于反电势时,电枢电流ia沿回路1从A 流向B,电动机工作在正转电动状态。在t1≤t＜T 期间,ub1、ub4为负,VTl和VT4截止,虽然ub2、ub3为正,在电枢反电势的作用下,在t1→t2期间,VT2和VT3不能导通,电流经VD2、VD3沿回路2流过,维持ia从A 流向B;在t2时刻,ia衰减到零;在t2→T 期间,VT2、VT3导通,电流经VT2、VT3沿回路3从B 流向A,电动机工作在反接制动状态。在T→t3期间,ub1、ub4为正,VT1和VT4导通,在电源电压Us的作用下,使反向电流迅速衰减到零;在t3→t4时间内电枢电流ia又沿回路1从A 流向B。

上述是在轻载情况下电枢电流与方波电压的关系。当负载较重、即电枢电流较大时或转速较高时,正半周脉宽比负半周脉宽宽,使电枢电流的脉动量小,电枢电流ia不会改变方向,这时电动机始终工作在电动运行状态。

当方波电压的正、负宽度相等时,加到电枢的平均电压等于零,电动机不转,这时电枢回路中的电流没有断续,而是流过一个交变的电流,这个电流使电动机发生高频颤动,有利于减小摩擦。

图3-45　H 形双极式PWM 电压电流波形

②PWM 系统的脉宽调制

脉宽调制的任务是将连续控制信号变成方波控制信号,作为驱动主回路大功率晶体管的基极输入信号,控制直流电动机的转速和转矩。这种方波控制信号既可由脉宽调制器生成,也可由全数字软件生成。

a.脉宽调制器　脉宽调制器通常由三角波(锯齿波)发生器和比较器组成,如图3-46所示。图中的三角波发生器由两个运算放大器构成,ICl—A 是多谐振荡器,产生频率恒定且正负对称的方波信号;ICl—B是积分器,把输入的方波变成三角波信号Ut输出。三角波信号Ut应满足线性度高和频率稳定的要求,只有满足这两个要求,才能保证调速精度。

图3-46　三角波发生器及PWM 脉宽调制原理图

由于脉冲功率放大器供给直流电动机的电压是一个方波脉冲信号,有交流成分,为了减少这些不做功的交流成分在电动机内引起的功耗和发热,应提高脉冲频率。目前脉冲频率通常为2k～4k Hz或更高。脉冲频率是由三角波调制的,三角波的频率等于方波脉冲频率。

比较器ICl—C的作用是把输入的三角波信号Ut和控制信号Uc相加输出脉宽调制方波,如图3-47所示。当控制信号Uc＝0时,比较器的输出为正负对称的方波[图3-47(a)],平均值为零。当Uc＞0时,Uc＋Ut对接地端是一个不对称三角波,平均值高于接地端,因此输出方波的正半周较宽,负半周较窄;Uc越大,正半周的宽度越宽,电动机正向旋转越快,如图3-47(b)所示。当Uc＜0时,Uc＋Ut的平均值低于接地端,如图3-47(c)所示,ICl—C输出的方波正半周较窄,负半周较宽;Uc越小,负半周越宽,电动机反转越快。

b.计算机软件生成脉冲控制方波　在全数字数控系统中,可用定时器生成控制方波,用程序控制脉宽的变化。图3-48 所示是用8031 单片机控制的数字式伺服驱动系统,通过8031的P0口向定时器1和2送数据。当指令速度改变时,由P0口向定时器输送新的定时值,用来改变定时器输出脉冲的宽度。速度环和电流环的检测值经模/数转换后由P0口读入,经CPU 处理后,再由P0口送给定时器,及时地改变脉冲宽度,控制电动机的转速和转矩。

图3-47　PWM 脉宽调制波形图

图3-48　数字PWM 控制系统

具有转速、电流双闭环的脉宽调制式(PWM)伺服驱动系统的工作原理与晶闸管双闭环系统基本相同,但与晶闸管系统相比又具有以下特点:

• 避开与机械的共振。由于PWM 调速系统开关频率高(约2k Hz),远高于转子所能跟随的频率,也就避开了机械共振区。

• 电枢电流脉动小。由于开关频率高,仅靠电枢绕组的电感的滤波作用就可获得脉动很小的电枢电流,因此低速工作平稳,调速范围可达1∶10 000,甚至更高。

• 动态特性好,定位精度高,抗干扰能力强。

PWM 系统的主要缺点是不能承受较高的过载电流,功率还不能做得很大。故目前在中小功率的伺服驱动系统中,大多采用性能优良的PWM 系统,而在大功率场合,则采用晶闸管伺服驱动系统。

2.交流伺服电动机(www.daowen.com)

交流伺服驱动是当前机床进给驱动系统方面的一个主要形式。交流异步电动机由于结构简单、成本低、无电刷磨损问题、维修方便,因而在伺服系统中作为伺服电动机得到广泛的应用,其功率一般从几瓦到几十瓦。交流伺服电动机分为交流永磁式和交流感应式。永磁式相当于交流同步电动机,常用于进给伺服系统;感应式相当于交流感应异步电动机,常用于主轴伺服系统。其电动机旋转机理都是由定子绕组产生旋转磁场使转子运转。交流永磁式伺服电动机的转速等于旋转磁场的同步转速(即60f/p);而交流感应式伺服电动机的转速小于同步转速,负载越大,转速差越大。旋转磁场的同步转速由交流电的频率决定,频率高,转速高;频率低,转速低。因而交流电动机可以通过改变供电频率的方法来调速。

(1)交流伺服电动机的基本结构

交流伺服电动机的原理如图3-49所示。定子上有空间互成90°的两相绕组。接于电源上的绕组称为励磁绕组f1、f2,接于控制电压上的绕组称为控制绕组K1、K2。伺服电动机转速将受到控制电压UU的大小和相位的控制,以完成系统要求的动作。

交流伺服电动机转子有鼠笼型和杯形两种。鼠笼型转子伺服电动机的结构(图3-50)与一般感应电动机相同。这种类型电机结构紧凑,励磁电流小,性能优良,因此用得较多。其缺点是转子惯量较大。杯形转子伺服电动机的结构如图3-51所示。它的外定子与鼠笼型电机完全一样。内定子是由环形钢片叠压而成,通常不放绕组,只是代替鼠笼转子的铁芯,作为电机磁路的一部分。在内、外定子之间套有安装在转轴上的薄壁杯,称为杯形转子。空心环由非磁性材料铝或铜制成,壁厚一般在0.3mm 左右。杯形转子导条、端环的作用相同。这种电机的空心杯转动惯量小,转子无齿槽,故运转平稳、噪声小。但由于其气隙大,所以励磁电流大,效率低、体积大,但在要求运转比较平稳的场合仍得到广泛的应用。

图3-49　交流伺服电机原理图

图3-50　鼠笼型转子伺服电动机结构

图3-51　杯形转子伺服电动机结构

(2)交流伺服电动机速度控制系统

交流伺服电动机的调速问题归结为变频问题。改变供电频率,常用的方法有交—交变频和交—直—交变频,后者广泛应用在数控机床的伺服系统中。交—直—交变频方式如图3-52所示,先把交流电整流成直流电,再把直流电逆变成矩形脉冲波电压,采用晶体管脉冲宽度调制逆变器来完成。

图3-52　交—直—交变频方式

1)SPWM 波调制原理

PWM 的调制方法很多,其中正弦波调制方法是应用最广泛的一种,简称SPWM。SPWM 变频器不仅适用于交流永磁式伺服电动机,也适用于交流感应式伺服电动机。SPWM 采用正弦规律脉宽调制原理,具有功率因数高,输出波形好的优点,因而在交流调速系统中获得广泛应用。

在直流电动机PWM 调速系统中,PWM 输出电压是由三角载波调制直流电压得到的。同理,在交流SPWM 系统中,输出电压是由三角载波调制正弦电压而得到的。三角波和正弦波的频率比通常为15～168,甚至更高。SPWM 的输出电压U0是一个幅值相等、宽度不等的方波信号。其各脉冲的面积与正弦波下的面积成比例,所以脉宽基本上正弦分布,其基波是等效正弦波。用这个输出方波脉冲信号,经功率放大后,作为交流伺服电动机的相电压(电流)。改变正弦基波的频率就可改变电动机相电压(电流)的频率,实现变频调速的目的。

图3-53所示的调制方式是双极性调制,也可以是单极性调制,如图3-54所示。在双极性调制过程中同时得到正负完整的SPWM 输出波。当控制电压U1高于三角波电压Ut时,比较器输出电压为“高”电平,否则输出“低”电平。只要正弦控制波U1的最大值低于三角波的幅值,调制结果必然形成图中左边输出(U0)的等幅不等宽的SPWM 调制波。双极性调制能同时调制出正半波和负半波,而单极性调制只能调制出正半波或负半波,再把调制波反向得到另外半波,然后相加得到一个完整的SPWM 波。

图3-53　双极性SPWM 波调制原理(一相)

在图3-53中,比较器的输出信号U0用来控制SPWM 功率放大主回路中功率晶体管的通断状态。双极式控制时,功率管同一桥臂上、下两个开关管交替通断,处于互补工作方式。

图3-54　单极性SPWM 波调制波形图(一相)

可以证明,由输入正弦控制信号和三角波调制所得脉冲波的基波是和输入正弦波等同的正弦输出信号。这种SPWM 调制波能够有效地抑制高次谐波电压。

三相SPWM 波调制原理如图3-55所示。图中三角调制波Ut是共用的,而每一相有一个输入正弦信号和一个SPWM 调制器。输入的Ua、Ub、Uc信号是相位相差120°的正弦交流信号,其幅值和频率都是可调的,用来改变输出的等效正弦波的幅值和频率,以达到对交流伺服电动机的控制。

图3-55　三相SPWM 波调制原理框图

2)SPWM 变频器的功率放大回路

SPWM 调制波经功率放大后才能驱动电动机。图3-56所示为双极性SPWM 通用型功率放大主回路。图左侧是桥式整流电路,将工频(50Hz)交流电变成直流电;右侧是逆变器,用VTl～VT6六个大功率开关晶体管把直流电变成脉宽按正弦规律变化的等效正弦交流电,用来驱动交流伺服电动机。图3-55中输出的SPWM 调制波U0a、U0b、U0c及它们的反向波控制图3-56中VT1～VT6的基极。调制波U0a、U0b、U0c相位上相差120°、幅值相等而脉宽不等的等效正弦波,如图3-53 中的U0波形所示,输出脉冲的最大值为Us/2,最小值是－Us/2,以图3-56中A 相为例,当U0a为最大值时VT1导通,当U0a为最小值时VT4导通。B相和C相同理。图3-56中VD7～VDl2是续流二极管,用来导通电动机绕组产生的反电势。功放输出端(右端)接在电动机上。由于电动机绕组电感的滤波作用,其电流则变成正弦波。三相输出电压(电流)相位上相差120°。

图3-56　双极性SPWM 通用型功率放大主回路

SPWM 调制输出的脉冲宽度正比于相交点的正弦控制波的幅值。逆变器输出端为一具有三角载波频率且有某种谐波畸变的调制波形,其基波幅值为

式中　M——调制系数(,其值在0与l之间);

U1——正弦控制电压的峰值;

Ut——三角载波的峰值电压。

由上式可见,只要改变调制系数M 就可改变输出基波的幅值,只要改变正弦控制波的频率就可改变基波的频率。三角波与正弦波的频率比越高,输出波形的谐波分量越小,输出的正弦性越好。

3)SPWM 变频调速系统

①交流电动机变频调速特性

每一台电动机都有额定值,如额定转速、额定电压(电流)、额定频率等。国产的电动机额定电压通常是220V 或380V,额定频率为50 Hz。电动机在额定状态运行时,材料达到充分利用,定子铁芯达到磁饱和,电动机温升在允许值之内,电动机可以长期运行。当某些参数发生变化时,可能破坏电动机内部的平衡状态,严重时会损坏电动机。

由电机原理可知:

式中　f1——定子供电频率;

N1——定子绕组匝数;

K1——定子绕组系数;

U1——定子绕组相电压;

E1——定子绕组感应电动势;

Φm——每极气隙磁通量。

其中,N1、K1为常数。当U1和f1为额定值时,Φm达到饱和状态。若以额定值为界限,供电频率低于额定值时叫基频以下调速,高于额定值时叫基频以上调速。

a.基频以下调速　由式(3-20)知,当Φm处在饱和值不变时,降低f1,必须减小U1,保持U1/f1为常数。若不减小U1,将使定子铁芯处在过饱和供电状态,这时不但不能增加Φm,反而会烧坏电动机。

在基频以下调速时,保持Φm不变,即保持绕组电流不变,转矩不变,为恒转矩调速。

b.基频以上调速　在基频以上调速时,频率从额定值向上升高,受电机耐压的影响,相电压不能升高,只能保持额定电压值。在电机定子绕组内,因供电频率升高,使感抗增加,相电流减小,使磁通Φm减小,因而输出转矩也减小,但因转速升高而使输出的功率保持不变,这时为恒功率调速。

图3-57所示是上述两种情况下的特性曲线。

图3-57　交流电机变频调速特性曲线

②微机控制的SPWM 变频调速系统

随着微机控制技术与PWM 技术的不断发展和成熟,为了加快运算速度,减少硬件,目前国内外PWM 变频器产品大多采用微机控制。

图3-58所示是微机控制的SPWM 变频调速系统原理图。速度电压值(0～10V)经电压频率变换后,变成脉冲信号,脉冲的频率与速度电压有关,电压高频率亦高。这个脉冲信号供给计数分频器,作为它的计数脉冲。在计数分频器中有000000000～101100111共360个数码,每一个二进制码对应1°,这些数码用于EPROM 的地址选择。在EPROM 中存放有正弦波形值,共360个波形值,每1°对应一个值。计数分频器的计数周期是360,计满360个数后从零开始重新计数。每一个计数值对应EPROM 中的一个地址,取出正弦波中的一个值,连续计数连续取值,计满360个数时正好取出一个完整正弦波的全部波形值。再经D/A转换,就形成了正弦波信号。

图3-58　微机控制的SPWM 原理图

交流电动机的三相定子绕组应同时通以相位相差120°的交流电,为获得A、B、C 三相正弦信号,用计数分频器输出的同一选址信号选择三个EPROM(1)、EPROM(2)、EPROM(3)中的相应地址,在这三个EPROM 中分别存放相位上相差120°的A、B、C 三相正弦波。例如地址为000H 时,A 相输出sin0°的值,B 相和C 相分别输出sin120°和sin240°的值。

正弦波的幅值和频率应保持一定的比例关系,对正弦波幅值的控制是通过计算机完成的。计算机对计数分频器的计数频率进行采样,通过幅值频率比计算出幅值,再由计算机输出给D/A(5)数模转换器,用转换后的模拟量值控制D/A(1)、D/A(2)、D/A(3),使其输出的正弦波的幅值和频率保持一定的关系。

与正弦波相似,EPROM(4)存有不同电角度下的三角波波形值,D/A(4)用来形成同步三角波,该装置的载波比为9,三角波的频率为正弦波频率的9倍。系统内还设置了225 Hz三角波发生器,它和D/A(4)输出的三角波不能同时使用,应用时由选择器选择两者之一。

A、B、C 三相正弦波与三角波经三个比较器比较后,输出的便是正弦脉宽调制信号,用来控制逆变器中六个大功率晶体管的导通和关断。

4)交流伺服电动机的矢量控制

矢量控制(或称场定向控制)是把交流电动机模拟成直流电动机,用对直流电动机的控制方法来控制交流电动机。方法是以交流电动机转子磁场定向,把定子电流向量分解成与转子磁场方向相平行的磁化电流分量id和相垂直的转矩电流分量iq,分别使其对应直流电动机中的励磁电流if和电枢电流ia。在转子旋转坐标系中,分别对磁化电流分量id和转矩电流分量iq进行控制,以达到对实际交流电动机控制的目的。交流电动机矢量控制理论的提出具有划时代的意义,进一步促进了交流传动控制系统的广泛应用。

按照对基准旋转坐标系的取法不同,矢量控制可分为两类:按转子位置定向的矢量控制和按磁通定向的矢量控制。

按转子位置定向的矢量控制系统中基准旋转坐标系水平轴位于电动机的转子轴线上,静止和旋转坐标系之间的夹角就是转子位置角。这个位置角可直接从安装在电动机轴上的位置检测元件——绝对编码盘来获得。永磁同步交流电动机的矢量控制,属于此类。

按磁通定向的矢量控制系统中基准旋转坐标系的水平轴位于电动机磁通磁链轴线上,这时静止和旋转坐标系之间的夹角不能直接测取,需通过计算获得。异步电动机的矢量控制属于此类。

按照对电动机的电压或电流控制,矢量控制还可分为电压控制型和电流控制型。由于矢量变化需要较为复杂的数学计算,所以矢量控制是一种基于微处理器的数字控制方案。由于篇幅原因,这里不做详细阐述。