無(wú)刷電機(jī)矢量控制與弦波式控制方式存在著本質(zhì)的問(wèn)題，就是它對(duì)無(wú)刷電機(jī)電流的控制是一個(gè)變量的控制。當(dāng)無(wú)刷電機(jī)速度不斷提高，P-I控制器達(dá)到極限帶寬時(shí)，這種控制方式就會(huì)失去它的效用。矢量控制就可以解決這個(gè)問(wèn)題，它是通過(guò)直接控制對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)平行和垂直方向的矢量電流分量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)定子線圈電流進(jìn)行的精確控制。理論上看，矢量電流可分解成平行和垂直于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的兩個(gè)電流分量。因?yàn)樵谶@兩個(gè)方向上的電流是靜態(tài)的，所以P-I控制器對(duì)電流的控制就可以是直流的，而不是弦波信號(hào)。所以控制器輸出的線圈電流和電壓就是一個(gè)常量，不是原先的隨時(shí)間不斷變化的變量，這也就消除了控制器在頻率響應(yīng)和相位漂移上的限制。如果用矢量控制方式來(lái)控制無(wú)刷電機(jī)，電流控制的質(zhì)量與電機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]有任何關(guān)系。

在矢量控制的情況下，我們主要控制對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)平行和垂直方向上的無(wú)刷電機(jī)電流和電壓。這就表明我們所測(cè)得的無(wú)刷電機(jī)電流必須經(jīng)過(guò)PI控制器進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，然后將其從定子的三相靜態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)子d-q的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)（平行和垂直于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向）。同樣的，無(wú)刷電機(jī)端的控制電壓也需要經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算將其由轉(zhuǎn)子的d-q結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為定子的三相靜態(tài)結(jié)構(gòu)，然后再輸入到PWM部分進(jìn)行調(diào)制。這些轉(zhuǎn)化就要求我們具備高速的數(shù)學(xué)處理能力，DSP和高性能的處理器就會(huì)被采用并成為矢量控制的核心。

雖然這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換至需要一步計(jì)算就可以完成，但我們用兩個(gè)步驟來(lái)描述會(huì)比較方便。電機(jī)電流首先從定子的物理120度相位差的三相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)的直角正交的d-q結(jié)構(gòu)，然后再由這種定子的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的三相靜態(tài)結(jié)構(gòu)。為了確保得到有效的結(jié)果，這些計(jì)算必須在P-I控制器的一個(gè)采樣周期內(nèi)完成。上述的這種轉(zhuǎn)換與P-I控制器所需的電壓信號(hào)從d-q結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成定子線圈的三相結(jié)構(gòu)的操作正好相反。

一旦無(wú)刷電機(jī)電流被轉(zhuǎn)化成d-q結(jié)構(gòu)，控制將變得非常簡(jiǎn)單。我們需要兩路P-I控制器；一個(gè)控制平行與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的電流，一個(gè)控制垂直向電流。因?yàn)槠叫邢螂娏鞯目刂菩盘?hào)為零，所以這就使無(wú)刷電機(jī)平行向的電流分量也變成零，這也就驅(qū)使無(wú)刷電機(jī)的電流矢量全部轉(zhuǎn)化為垂直向的電流。由于只有垂直向電流才能產(chǎn)生有效的力矩，這樣無(wú)刷電機(jī)的效率被最大化。另一路P-I控制器主要用來(lái)控制垂直向的電流，以獲得與輸入信號(hào)相符的需求力矩。這也就使垂直向電流按照要求被控制以獲得所需的力矩。

兩路P-I控制器的輸出信號(hào)表征了對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子的電壓矢量。對(duì)應(yīng)于無(wú)刷電機(jī)電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換，這些靜態(tài)的電壓矢量也經(jīng)過(guò)一系列的參考坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，得到輸出橋路需要的電壓控制信號(hào)。他們首先由轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)的d-q參考結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成定子的靜態(tài)x-y結(jié)構(gòu)。接著，電壓信號(hào)又被由這種直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成相互間隔120度的物理結(jié)構(gòu)，然后輸入到無(wú)刷電機(jī)的U，V和W的三相線圈中。這三路電壓信號(hào)在輸入到無(wú)刷電機(jī)線圈前需要經(jīng)過(guò)PWM的調(diào)制。

將無(wú)刷電機(jī)線圈中時(shí)變的電流和電壓的弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成d-q結(jié)構(gòu)的直流信號(hào)的工作就是參考坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

弦波式換相和矢量控制間的本質(zhì)區(qū)別就是一系列的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和對(duì)電流控制的處理。在弦波式換相方式中，我們需要先進(jìn)行換相，然后通過(guò)P-I控制得到所需的弦波式電流。因此對(duì)系統(tǒng)的P-I控制主要處理的是時(shí)變的無(wú)刷電機(jī)電流和電壓的弦波信號(hào)，無(wú)刷電機(jī)的性能就會(huì)受到控制器帶寬和相位漂移的限制。而在矢量控制中，電流信號(hào)先經(jīng)過(guò)P-I控制，再經(jīng)過(guò)高速的換相處理。因此，P-I控制器不需要對(duì)時(shí)變的電流和電壓信號(hào)進(jìn)行處理；系統(tǒng)也不會(huì)受到P-I控制器帶寬和相位漂移的影響。

因此，為什么說(shuō)矢量控制的方式更優(yōu)越？

矢量信號(hào)能夠讓電機(jī)在低速的運(yùn)轉(zhuǎn)和高速一樣的平滑。弦波式換相能讓電機(jī)在低速下運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下效率卻大大降低。而梯形波式換相在無(wú)刷電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)下工作比較正常，但在電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)下，會(huì)產(chǎn)生力矩的波動(dòng)。因此，適量控制是對(duì)無(wú)刷電機(jī)的最佳控制方式。

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