领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式，代表了电气传动发展的主流方向。变频调速技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了至关重要的手段。变频调速理论己形成较为完整的科学体系，成为一门相对独立的学科。
变频装置按变换环节分有交-直-交系统和交-交系统两大类，交-直-交系统又分为电压型和电流型，其中，电压型变频器
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在工业中应用最为广泛;按电压的调制方式分为脉
幅调制PAM(Pulse Altitude Modulation)和脉宽调制PWM(Pulse Width Modulation)两大类，前者己几近绝迹，目前普遍采用的是后者。
1. 3变频调速系统的方案
目前典型的变频调速控制类型主要有四种:①恒压频比（V/f）控制，②转差频率控制，③矢量控制，④直接转矩控制。下面分别对这四种调速控制类型进行介绍。 早期的变频系统都是采用开环恒压比(U/f=常数)的控制方式，U/f控制是转速开环控制，无需速度传感器，控制电路简单，负载可以是通用标准异步电动机，所以通用性强，经济性好，是目前通用变频器产品中使用较多的一种控制方式，普遍应用在风机、泵类的调速系统中。但是由于这种控制方法是开环控制，调速精度不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应
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的存在而性能下降、稳定性变差。
异步电动机转差频率控制是一种转速闭环控制。利用异步电动机的转矩与转差频率成正比的关系来控制电机的转矩，就可以达到与直流恒磁通调速系统相似的性能。它的优点在于频率控制环节的输入频率信号是由转差信号和实测转速信号相加后得到的，在转速变化过程中，实际频率随着实际转速同步上升或下降，因此加、减速更平滑，容易稳定。其缺点是由于转差频率控制规律是从异步电动机稳态等效电路和稳态转矩公式推得的，所以存在动态时磁通的变化不能得到控制、电流相位没有得到控制等差距，使其不能达到与直流恒磁通调速系统同样的性能。
本世纪70年代西德F.Blaschke等人首先提出矢量控制(FOC)理论
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，由此开创了交
流电动机等效直流电动机控制的先河。矢量控制也称为磁场定向控制，它着眼于电机磁场的直接控制。其主要思想是将异步电动机模拟成直流电动机，通过坐标变换的方法分解定子电流，使之成为转矩和磁场两个分量，实现正交或解耦控制，从而获得与直流电动机一样良好的动态调速特性。因为这种方法采用了坐标变换，所以对控制器的运算速度、处理能力等性能要求较高。但在实际上矢量控制运算及转子磁链估计中要使用电动
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机参数，其控制的精确性受到参数变化的影响，所以精确的矢量控制系统要对电动机的参数进行估计。这种控制方式需要解耦计算和坐标旋转变换，计算量较大，实现起来困难。在矢量控制系统中，给定量要从直流变为交流，而反馈量要从交流变为直流再加上转子磁链模型、转子参数的辨识与校正等;因此电机的速度辨识及磁链观测器的实现是矢量控制系统实现的关键所在。
1985年德国鲁尔大学DePenbrock教授首先提出直接转矩控制理论(DTC)。直接转矩控制与矢量控制不同，DTC摒弃了解耦的思想，取消了旋转坐标变换，简单的通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得的差值，实现磁链和转矩的直接控制。直接转矩控制技术是用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系计算与控制交流电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助离散的两点式调节器产生脉宽调制(PWM)信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。这种方法的优点在于:直接在定子坐标系上分析交流电动机的数学模型、控制电动机的转矩和磁链，省掉了矢量旋转变换等复杂的变换和计算。大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。但是由于直接转矩控制系统是直接进行转矩的砰-砰控制，避开了旋转坐标变换，控制定子磁链而不是转子磁链，不可避免地产生转矩脉动，降低调速性能，因此只能用在对调速要求不高的场合。同时， 直接转矩系统的控制也较复杂，造价较高。
1.4国内外对矢量控制系统的研究
自从1971年德国西门子公司的F.Blashke提出了异步电机的矢量控制技术 (FOC)，交流调速理论得到了历史性的飞跃。国内外众多学者和工程师也对矢量控制理论进行了深入的研究，并在此基础上进行了改进，提出了各种可行的控制策略。 日本学者Yamamura, Nabae等人借鉴了矢量控制的思想和方法
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，应用稳态转差频
率得出转子磁场的位置，提出了转差矢量控制方法。该理论出发点是异步电机的转矩主要由电机的转差频率来决定。它以定子电流和频率为控制量，保持电机的旋转磁场大小不变，而改变磁场的旋转速度，从而实现电机转矩的实时控制。
气隙磁场定向的矢量控制方案把旋转坐标系的d轴定向于气隙磁场的方向，此时磁场的q轴分量为零。如果保持气隙磁通d轴分量恒定，转矩就和q轴电流成正比。这样通过控制q轴电流可以实现对电机转矩的直接控制。
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定子磁场定向的矢量控制方案将旋转坐标的d轴定位在定子磁场方向上，此时定子磁通的q轴分量为零。保持定子磁通恒定，转矩就和q轴电流成正比。定子磁场方向控制使定子方程大大简化，从而有利于定子磁链观测器的实现，另外本方案的解决需要设计一个电流的解耦器。
转子磁场定向的矢量控制方法是在磁场定向中，将d-q坐标系放在同步旋转磁场上，将电机转子磁通方向与旋转坐标系的d轴重合。当转子磁通恒定时，电磁转矩与定子电流的q轴分量成正比，通过控制定子电流的q轴分量就可以控制电磁转矩。把定子电流的d轴分量称为励磁分量，定子电流的q轴分量称为转矩分量，分别控制两个变量就可以实现磁通和转矩的解耦与控制。
上述四种方案中转差矢量控制方案不适合高性能电机控制系统;气隙磁场定向系统中磁通关系和转差关系存在耦合，需要增加解耦器，这比转子磁通的控制方案要复杂很多，而处理饱和效应时，应用气隙磁场定向较为合适;定子磁场定向的矢量控制方案在一般的调速范围内可以利用定子方程作为磁链观测器，可以达到非常好的动态与静态性能。然而，系统在低速时，反电动势测量误差变大，定子磁链观测器达不到要求的精度，系统性能不能满足。因此该方案比较适合于大范围的弱磁运行以及要求恒功率调速的情况下;转子磁通定向的方案受转子时间常数的影响很大，系统性能有所降低。但是它达到了电流的完全解耦，控制系统简单，动态性能和精度较好。因此这种控制方法得到了更为广泛的应用。本文中就是在转子磁通定向控制的基础上完成的。
1.5课题的研究内容和意义
本课题源于项目研发的需要，以三相交流异步电机为主要的控制对象，结合数字控制技术、电力电子技术及微处理器技术，开发矢量控制理论在三相交流异步电机中的应用。
本文的主要内容为: (1)相关理论的调研与分析
分析和介绍了交流调速技术的发展与方案、变频调速的发展与方案以及国内外对矢量控制的研究现状，得出本文选用的控制方案为带速度传感器的基于转子磁场定向的矢 量控制理论。
(2)矢量控制的理论分析及其在三相交流异步电机中的算法实现
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以三相交流异步电机在三相静止坐标系下的数学模型为基础，通过Clarke变换和Parke变换得到三相交流异步电机在两相旋转坐标系下的数学模型，并利用转子磁场定向的方法，对该模型进行分析，设计了转子磁链观测器，实现定子电流和转矩的解耦。结合转子磁场定向的理论，开发矢量控制理论在三相交流异步电机中的算法实现。 (3)电压空间矢量调制技术的研究与实现 研究了全数字化电压空间矢量调制技术(SVPWM)此基础上进行了算法的改进和优化。
(4)基于DSP平台的矢量控制系统的软硬件设计
介绍了DSP的性能，并以TI公司的TMS320F2812为主控制器，设计了系统的硬件平台，并在此基础上实现了矢量控制系统的软件设计。
矢量控制理论完全能够满足国民经济发展对交流调速系统提出的宽调速范围，快速响应性能，高精度和稳定性的要求，如今矢量控制理论已经应用到家用电器、车辆交通、航空航天、军工及医疗设备的各个领域中，具有较好的应用前景。
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的理论推导与实现方法，并在
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2三相异步电机的矢量控制策略
2. 1矢量控制的基本原理
所谓矢量控制就是将静止坐标系上表示的电动机矢量关系变换到以气隙磁场、定子磁场或者转子磁场定向的旋转坐标轴系上，达到对电机转矩的实时控制的目的。由于转子磁场定向的矢量控制方法简单易行，解耦方便，控制精度较好，本文的工作就是基于转子磁场定向的。交流电机三相定子电流iA1 、 iB1、 iC1，经过由三相静止坐标系到两相静止坐标系变换得到i?1 、i?1，.然后i?1、i?1，再由两相静止坐标系到两相旋转坐标系变换，并使d轴沿着转子磁链的方向，得到交流电机励磁电流分量id1，和转矩电流分量iq1，分别等效于直流电动机的励磁电流和转矩电流。这样通过控制id1和iq1，就可以按照直流电动机的控制方法来控制交流电动机。
图2.1矢量控制原理框图
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