VF控制和矢量控制的一些区别 点击：29710 | 回复：213
针对异步电机，为了保证电机磁通和出力不变 ，电机改变频率时，需维持电压V和频率F的比率近似不变，所以这种方式称为恒压频比（VF）控制。VF控制－控制简单,通用性强,经济性好,用于速度精度要求不十分严格或负载变动较小的场合。从本质上讲，VF控制实际上控制的是三相交流电的电压大小和频率大小，然而交流电有三要素，就是除了电压大小和频率之外，还存在相位。VF控制没有对电压的相位进行控制，这就导致在瞬态变化过程中，例如突加负载的时候，电机转速受冲击会变慢，但是电机供电频率也就是同步速还是保持不变，这样异步电机会产生瞬时失步，从而引起转矩和转速振荡，经过一段时间后在一个更大转差下保持平衡。这个瞬时过程中没有对相位进行控制，所以恢复过程较慢，而且电机转速会随负载变化，这就是所谓VF控制精度不高和响应较慢的原因。
矢量控制国外也叫磁场定向控制，其实质是在三相交流电的电压大小和频率大小控制的基础上，还加上了相位控制，这个相位在具体操作中体现为一个角度，简单的讲就是电机定子电流相对于转子的位置角。我们知道，电机定子三相对称交流电的综合效果是一个旋转磁铁，通电后这个旋转磁场通过感应在转子上生成三相交流电流，这个电流也等效成一个磁铁，这样就相当于定子磁铁拖着转子磁铁旋转了，这个是电机旋转的基本原理。这里有个问题，就是只有定子磁铁和转子磁铁的相对位置靠得最近，产生的力矩才最大，所以如何在电机三相定子绕组上通电获得最大转矩，实际上还和转子位置有关的。矢量控制会通过实测回来的电流结合电机参数，实时计算出转子位置，这个过程就是所谓的“磁场定向”，然后实时决定三相定子绕组上电压的相位，这样理论上可以做到同样的电流下产生的转矩最优，从而减小电机负载变化时的瞬态过程。此外，矢量控制顺便还会根据转子位置求出转速，利用电机参数对转速进行瞬时补偿，进一步优化了控制性能。
综上，我觉得矢量控制和VF控制的最本质的区别就是加入了电压相位控制上。从操作层面上看，矢量控制一般把电流分解成转矩电流和励磁电流，这里转矩电流和励磁电流的比例就是由转子位置角度（也就是定子电压相位）决定的，这时转矩电流和励磁电流共同产生的转矩是最佳。具体实现可以参考陈老先生的书和其他任何一本讲矢量控制的书。宏观上看，矢量控制和VF控制的电压，电流，频率在电机稳定运行时相差不大，都是三相对称交流，基本上都满足压频比关系，只是在瞬态过程如突加、突减负载的情况下，矢量控制会随着速度的变化自动调整所加电压、频率的大小和相位，使这个瞬时过程更快恢复平衡。至于矢量控制里面那些坐标变换，是一种便于理解和描述的手段，不是本质问题。从电机理论来看，在dq同步旋转坐标系里，三相正弦交流量可以转换成两相直流量，这样可以简化运算，便于数字处理，实际上真实系统里并不存在转矩电流和励磁电流的，这些是一种数学抽象，算完了控制完成后最终还是要体现在实际三相交流电上。好比我们数学里的拉普拉斯变化，可以把微分方程变成代数方程简化运算，运算完了后再反变换回去是一个道理。
刘志斌老师可能对矢量控制理解有误，或者可能书上没把物理本质说得很清楚。刘志斌老师的第一点“1、电感的电流落后电压90度，你能控制这个角度吗？”这句话是非常正确，电感的电流落后电压90度，对纯电感而言这个90角度是不可能控制的，但是不能推出“9、所谓对定子电流解耦，对有功电流、无功电流分别控制是句谎言，或者是无知的笑话！”。对电机而言，我想这个论坛里很多人应该学过电机学，知道三相异步电机的等效电路，三相异步电机电感可以认为是不变的，但是转子的等效电阻可以看成两部分，一部分是转子本身的实际电阻r2，不考虑温度什么的这个可以认为不变，另一个是负载等效电阻（1-s）r2/s（s是转差率），这个实际上和转差有关，也就是说跟电机的同步速、负载等因素有关了，这样转子的等效电阻实际上是可变的，电机电感和电阻的比例关系并不是固定的，那么通过改变同步速和相应的电压、相位，对有功电流、无功电流的分别控制是可行的，而矢量控制就是提供了这么一种途径。这里我要澄清一下，“对有功电流、无功电流的分别控制”，并不是说你能把有功电流、无功电流控制到任意值，想怎么控制就怎么控制，对异步电机而言，无功电流永远是感性，这是原理决定的，你不可能把它控制成容性无功，而且有功电流、无功电流的组合产生的转矩必须和负载平衡，这个是约束条件。矢量控制的目标，实际上是“通过对有功电流、无功电流的分别控制实现优化组合”，达到瞬时转矩最优，动态过程最短的目的。而VF控制少了这么一个对电流瞬时控制的过程，是粗线条的控制，理论上就要差些。好比你让一个小弟干活，VF控制就是“小弟，你把这个东西做出来”，给出一个要求就行了；矢量控制就是你不只是告诉小弟把这个东西做出来，而且还要告诉他，第一步怎么搞，第二步怎么搞，细节怎么处理，这样显然后者得到的结果要精细些。
上面是一些理论分析，从实际来看，VF控制是目前变频器主流控制方法，辅以适当的补偿方法可以提高其性能。目前提高VF控制性能的主要方法有：低频力矩补偿、死区补偿、动态磁通控制、跟踪自启动等，可以适用于80%以上的工况。在某些对动态要求很高的场合，则需要使用矢量控制，如伺服、印刷等。矢量控制是根据测量到的电流、电压和磁通等数据，结合电机内部的电阻电感等参数计算出当前的转速和位置，并进行必要的修正，从而在不同频率下运行时，得到更好的控制模式。由于计算量较大，且需要知道电机内部参数，所需数据中的相当部分，一般用户是很难得到的。这给矢量控制的应用带来了困难。对此，变频器都必须配置自动检测电动机参数的功能。总体而言，矢量控制可以得到更好的性能，低频转矩大，动态响应好 ，但应用比较不方便，如果参数不合适可能还不能稳定运行，使用范围受到一些限制。实际中推荐用户能用VF控制就尽量不用矢量控制。事实上大多数情况增加了转矩提升、死区补偿、滑差补偿的高性能的VF能满足绝大部分要求，而且稳定性更好。
目前矢量控制的主要问题是适用性不如VF强，VF基本上什么异步电机都能上，但是矢量控制在专用电机能达到的最高水平让VF望尘莫及。我到西门子参观的时候，他们对电机的控制到了令人震惊的程度，那就是用三台电机分别驱动一台时钟的秒针、分针和时针！想想是什么概念：12小时转一圈啊，这种超低速控制是我想都无法想的。这就是技术差距！这绝对代表了世界上电机控制的最高水平，而基本原理就是矢量控制。
至于ABB的直接转矩控制，世界上独此一家。老实说，我具体测试过波形，是在无法理解是如何实现的，特别是细节部分，体现出的波形跟教科书上的完全不一样。只能说自己孤陋寡闻。
要说理论，我老刘还需要帮忙的？工控人都知道。
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哈哈，刘志斌的理论的确是无人能敌！
1、当年整出个变频器F1的闭环、F2的闭环，你可不可以拿出来晒晒？
2、曾问人家－－－你的程序能写进几种类型的芯片？滑天下之大稽，你说一个确定的程序该应用于几种平台的芯片呢？
3、前几天还说没有中性线的三相交流电流向量和在任何情况下都等于零！
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就你这水平还一上来就抬出我是人民教师的身份，我是来教给你们知识，提高你们技术水平的！
你害人不浅呐！
还有，你磨矶半天还没吐根象牙给大伙儿瞧
引用五代重歼 的回复内容：引用征 的回复内容：
等待中。。。。。
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http://www.gongkong.com/webpage/forum/201105/2011052611525700002-1.shtml
每当拔不出牙来的时候……某人就选择换一张嘴……让人诧异的是……自信满满的某人居然不主动过来把地址贴上，好让大伙去围观他是怎么乱吠的
怎么没说出个所以然来？
引用五代重歼 的回复内容：
很明显那哥们儿是做ABB传动的，ABB主推的是DTC控制，全世界仅此一家做DTC。矢量控制和DTC是竞争对头，明白吗
你没见过的多了去了
这位兄弟，我是楼主，不知你是不是说我是做ABB传动的，不知到我在什么地方表达过这个意思你有这种误解。我在一个国内的变频器公司工作，产品是VF和矢量控制，我也是做矢量控制的，DTC理论简单，实现也很简单，但是使用非常困难，不是运算速度不够，而是我做不到在大频率变化范围内和针对各种规格的电机都能稳定运行，这一点国内任何一家公司都没做到，而西门子主推矢量控制，估计不愿开发DTC，这也是市面上除了ABB没有其他公司推出DTC产品的原因。ABB的DTC绝非教科书写得那么简单，我测试过ACS800的波形，绝对不是教科书那样实现的，IEEE上也没有详细文献，具体细节国内没人搞得清。我做的无速度传感的矢量控制可以实现0.5~200Hz稳定运行，但是功夫还不到位，参数的适应性还不够好，加上国内开发环境，也没有太多功夫去改进，只能凑合着用。我用过丹佛斯的高端矢量型变频器，配丹佛斯自己的电机，可以实现雷达伺服，性能超级强悍，但是配第三方的电机就要差点了，后来由于种种原因丹佛斯就不同时提供电机和变频器了，我们自己的电机用上去性能就差了很多。这也反应的一个问题就是矢量控制还是有点挑电机。
我的感受是，异步电机矢量控制做到极致，性能非常强悍，完全可以达到伺服级水准，这是VF控制完全无法比拟的。只是限于水平，国内的还达不到顶尖，感觉和VF比没有太多优势。
ABB的DTC，很遗憾，我觉得工程应用很强悍，但是并未达到伺服级水平，在伺服领域，ABB落后于西门子和丹佛斯。
异步机做到伺服级水准， 还是很难的。
国内想达到西门子S120的水平， 还要很久很久！
国内做电机控制，主要问题是两点：一是开发人员分散，没有形成合力，一般就是一个公司几条破枪在那里打天下；二是缺乏积累，这个东西不是一蹴而就的，是靠不停地试不停的积累经验才能厚积薄发。西门子百年底蕴庞大的研发团队不是可以轻易超越的，这一点不服是不行的。所以大家给国内变频器多点宽容，其实很多人都在努力。
在国内，ABB通用变频器稳定性和可靠性比西门子好，但是性能方面是不及西门子的。伺服方面ABB是短板。
现在国外高端通用变频器功能齐全，什么异步电机、永磁同步电机， VF、矢量控制，编码器矢量、无速度矢量通杀，领先了不知道多少光年了。我刚刚做了一个永磁同步电机无速度传感矢量，只能用在空调压缩机这种低动态的场合，测试了一下，启动到6000转的额定速度要6秒，而西门子带同样电机，1秒就ok了。那个惭愧啊！不承认差距是不行的。我的实验室目前正准备搞些这方面的基础研究，多积累些经验。
引用征 的回复内容：电机转起来容易，转得好不容易。国内伺服用10K调制频率，同样电机老外用4K计算、8K调制，就做得很好，这就是差距!
很赞同兄弟你的这句话，随便给我一个电机，一个星期内都能把它整转，这个无需吹牛。一般电机控制的原理都是差不多的，我相信西门子的矢量控制和我做的矢量控制基本原理都是一样的，因为我就是照着西门子的说明书和技术框图搞的，但为什么差距那么大呢？我的理解就是体现在细节、体现在大量经验参数上！比如矢量控制中对磁通的估算，方法就那么几种，各家基本方法都一样，关键点就是如何在磁通处理过程选取滤波参数，滤波取在前面还是后面，滤波后如何进行相位补偿。这里面的陷阱太多了，这些东西不经过亲手调整绝对是想不到的。而这些地方，体现的就是西门子百年积累的功力！
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