任何電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是由主磁場和電樞磁場相互作用產(chǎn)生的。DC電機(jī)的主磁場和電樞磁場在空間上相差90，因此可以獨(dú)立調(diào)節(jié)。交流電機(jī)的主磁場和電樞磁場互不垂直，相互影響。因此，交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制性能長期以來一直很差。經(jīng)過長期研究，目前的交流電機(jī)控制方案包括恒壓頻比控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。

一、恒壓頻比控制

恒壓頻比控制是開環(huán)控制。根據(jù)給定的系統(tǒng)，利用空間矢量脈寬調(diào)制將其轉(zhuǎn)換成所需的輸出電壓uout進(jìn)行控制，使電機(jī)以一定的速度運(yùn)行。在一些對動(dòng)態(tài)性能要求不高的地方，開環(huán)變壓變頻控制方法仍然廣泛應(yīng)用于一般的速度控制系統(tǒng)中。然而，根據(jù)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型，它不能獲得理想的動(dòng)態(tài)控制性能，因此必須基于電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。永磁無刷電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是非線性多變量的，包含和id或iq的乘積項(xiàng)。因此，為了獲得精確的動(dòng)態(tài)控制性能，必須與id和iq去耦。近年來，人們研究了各種非線性控制器來解決永磁無刷電機(jī)的非線性特性。

第二，矢量控制

高性能交流調(diào)速系統(tǒng)需要現(xiàn)代控制理論的支持。對于交流電機(jī)，矢量控制方案是目前應(yīng)用廣泛的方案。自1971年德國西門子公司的布拉施克提出矢量控制原理以來，這種控制方案一直受到青睞。所以要深入研究。

矢量控制的基本思想是在普通三相交流電機(jī)上模擬DC電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律。通過矢量變換將三相交流電機(jī)的定子電流分解為勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，這兩個(gè)分量相互垂直，相互獨(dú)立，然后分別調(diào)整，以獲得像DC電機(jī)那樣良好的動(dòng)態(tài)特性。因此，矢量控制的關(guān)鍵是控制定子電流的幅值和空間位置(頻率和相位)。矢量控制的目的是提高轉(zhuǎn)矩控制性能，終實(shí)現(xiàn)是控制id和iq。由于定子側(cè)的物理量都是交流量，它們的空間矢量在空間中以同步速度旋轉(zhuǎn)，不便于調(diào)節(jié)、控制和計(jì)算。矢量控制需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，對電機(jī)參數(shù)依賴性很大，很難保證完全解耦，大大降低了控制效果。

第三，直接轉(zhuǎn)矩控制

矢量控制方案是交流伺服電機(jī)的一種有效控制方案。但需要復(fù)雜的矢量旋轉(zhuǎn)變換，電機(jī)的機(jī)械常數(shù)低于電磁常數(shù)，無法快速響應(yīng)矢量控制中的轉(zhuǎn)矩。針對矢量控制的這一缺點(diǎn)，德國學(xué)者德彭布魯克在20世紀(jì)80年代提出了一種快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的控制方案，即直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)。該控制方案摒棄了矢量控制中的解耦控制思想和電流反饋環(huán)節(jié)，采用定子磁鏈定向方法，采用離散兩點(diǎn)控制直接調(diào)節(jié)電機(jī)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩，具有結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。直接轉(zhuǎn)矩控制首次用于感應(yīng)電機(jī)。1997年，鐘等人改進(jìn)了直接轉(zhuǎn)矩控制算法，并將其應(yīng)用于永磁無刷電機(jī)控制。目前已進(jìn)行了相關(guān)的模擬和實(shí)驗(yàn)研究。

直接轉(zhuǎn)矩控制方法實(shí)現(xiàn)了磁鏈和轉(zhuǎn)矩的雙閉環(huán)控制。在獲得電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩值后，可以對永磁無刷電機(jī)進(jìn)行直接轉(zhuǎn)矩控制。圖2為永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方案結(jié)構(gòu)框圖。它由永磁無刷電機(jī)、逆變器、轉(zhuǎn)矩估計(jì)、磁鏈估計(jì)和電壓矢量開關(guān)表組成，其中ud、uq、id和iq是靜態(tài)(d、q)坐標(biāo)系中的電壓和電流分量。

雖然直接轉(zhuǎn)矩控制的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但在理論和實(shí)踐上還不夠成熟，如低速性能、負(fù)載能力等。而且對實(shí)時(shí)性要求高，計(jì)算量大。

第四，解耦控制

永磁無刷電機(jī)數(shù)學(xué)模型坐標(biāo)變換后，id和id之間仍然存在耦合，無法實(shí)現(xiàn)id和iq的獨(dú)立調(diào)節(jié)。要想獲得永磁無刷電機(jī)良好的動(dòng)靜態(tài)性能，必須解決id和iq的解耦問題。如果id可以控制為0，永磁無刷電機(jī)的狀態(tài)方程可以簡化如下：

此時(shí)，id和iq之間沒有耦合關(guān)系，Te=npfiq，可以通過獨(dú)立調(diào)整iq來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩線性化。為了實(shí)現(xiàn)恒id為0的解耦控制，可以采用電壓型解耦和電流型解耦。前者是一個(gè)完整的解耦控制方案，可用于id和iq的完全解耦，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜；后者是一種近似解耦控制方案。控制原理是適當(dāng)選擇id環(huán)電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使其具有相當(dāng)大的增益，并始終使控制器的參考輸入指令id*=O，從而可以得到idid*=0和iqiq*o，從而得到永磁無刷電機(jī)的近似解耦。圖3示出了基于矢量控制和id*=O解耦控制的永磁無刷電機(jī)。

雖然電流模式解耦控制方案不能完全解耦，但它仍然是一種有效的控制方法，只要采用更好的處理方法，就可以獲得高精度的轉(zhuǎn)矩控制。因此，電流模式解耦控制方案在工程中得到廣泛應(yīng)用。而電流模式解耦控制只能實(shí)現(xiàn)電機(jī)電流和速度的靜態(tài)解耦，動(dòng)態(tài)耦合會(huì)影響電機(jī)的控制精度。此外，電流模式去耦控制將通過保持耦合項(xiàng)之一不變來引入滯后功率因數(shù)。