各类电机的矢量控制（磁场定向控制）方案可以根据电机类型进行划分，核心思想都是通过对定子电流矢量进行精确解耦控制（分解为产生磁链的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量），实现对电机转矩和磁链的独立、高性能控制。

以下是主要电机类型及其常见的矢量控制方案：

一、 异步电机（感应电机，IM）

1. 转子磁场定向控制：

   • 原理： 将旋转坐标系(d-q轴)的d轴定向于转子磁链矢量的方向上。
   • 关键： 需要获取准确的转子磁链角度和幅值信息。通常有两种实现途径：
     • 直接矢量控制： 使用磁链观测器（如电压模型、电流模型或其组合）直接计算转子磁链的角度和幅值。
     • 间接矢量控制： 利用电机转差频率公式，结合检测到的转子速度和电机参数（转子时间常数），计算出产生所需转子磁链所需的转差频率，从而得到转子磁链的同步转速和角度。
   • 特点： 是最成熟、应用最广泛的异步电机矢量控制方法。能实现精确的转矩和转速控制，具有优秀的动态响应和低速性能。缺点是对电机参数（特别是转子电阻）变化敏感，需进行参数辨识或补偿。
   • 坐标变换： Clarke变换 -> Park变换（到转子磁场定向的d-q坐标系）-> 反Park变换 -> SVPWM。

2. 定子磁场定向控制：

   • 原理： 将旋转坐标系(d-q轴)的d轴定向于定子磁链矢量的方向上。
   • 特点： 控制结构相对直接，对转子电阻变化不敏感。但其物理意义（解耦控制转矩和磁链）不如转子磁场定向清晰直接，动态响应性能通常不如转子磁场定向控制。在直接转矩控制中隐含着定子磁链定向的思想。

3. 气隙磁场定向控制：

   • 原理： 将旋转坐标系(d-q轴)的d轴定向于气隙磁链矢量的方向上。
   • 特点： 折中方案，对参数的敏感度介于转子磁场定向和定子磁场定向之间。

二、 同步电机

1. 永磁同步电机

   • 转子磁场定向控制：

     • 原理： 将旋转坐标系(d-q轴)的d轴定向于转子永磁体磁链的方向。对于正弦波反电动势的PMSM（SMPMSM/IPMSM），这就是典型的控制方法。
     • 特点： d轴电流控制磁链（增磁/去磁），q轴电流控制转矩。结构清晰，控制直接，动态响应好，效率高。
     • 关键： 需要获取高精度的转子位置信息（绝对值或相对电气角度）。位置传感器（编码器、旋变）是首选。无位置传感器控制是重要研究方向，通常基于反电动势、高频信号注入或观测器（如滑模观测器、卡尔曼滤波器、模型参考自适应）来估算位置和转速。
     • 变体：
       • Id=0控制： d轴电流强制为0，只通过q轴电流控制转矩。结构简单，但未利用磁阻转矩，不适合内嵌式永磁电机。在额定速度以下常用。
       • 最大转矩电流比控制： 对于内嵌式永磁电机，通过合理分配d轴和q轴电流，使得在相同转矩下定子电流最小（铜耗最低），提升效率。
       • 弱磁控制： 在高速运行时，施加负的d轴电流来削弱气隙磁链，使得电机能够在超过额定电压的限制下继续升速或输出更大功率。
       • 最大功率控制： 在高速弱磁区最大化输出功率。

   • 定子磁场定向控制：

     • 原理类似异步电机定子磁场定向，但在PMSM中远不如转子磁场定向常用。

2. 电励磁同步电机：

   • 转子磁场定向控制：
     • 原理： d-q坐标系的d轴定向于励磁绕组产生的转子磁链方向。
     • 关键特点： 除了需要控制定子电流的d、q分量（分别控制磁链和转矩），还需要单独控制转子励磁电流（通常是直流电流）以调节励磁磁链。励磁电流控制器根据运行状态（如弱磁需求）设定其给定值。同样需要转子位置信息。
   • 无刷直流电机控制 (BLDC)：
     • BLDC通常采用基于霍尔传感器的120度导通方式的方波驱动（梯形波驱动），虽然简单高效，但其本质是标量控制。
     • 采用矢量控制的BLDC方案： 对于具有接近正弦波反电动势的BLDC或无槽BLDC，也可以应用标准的PMSM矢量控制方法（基于转子磁场定向），这被称为矢量控制型BLDC或正弦波驱动BLDC。与标准方波驱动相比，它能显著降低转矩脉动和噪声，提高效率和控制精度，但控制复杂度增加。

3. 开关磁阻电机

   • SRM本质上是双凸极磁阻电机，其转矩主要由磁阻效应产生。传统的SRM控制是基于导通角和关断角调节的电流斩波控制或角度位置控制。
   • 矢量控制型方案： 近年来也发展出仿照永磁/感应电机矢量控制思想的SRM矢量控制方案。通过建立等效dq轴模型，将相电流分解为励磁分量和转矩分量（类似d轴和q轴电流）。通常采用基于转子磁链观测器的方法进行电流解耦控制。其成熟度和广泛应用程度尚不如传统的AC电机矢量控制。

三、 双馈异步电机（常用于风力发电）

1. 定子磁场定向控制 (主流方案)：
   • 原理： 将旋转坐标系(d-q轴)的d轴定向于定子磁链矢量（或近似为定子电压矢量，因定子电阻压降小）的方向上。
   • 关键： 控制目标主要是实现定子侧有功功率和无功功率的解耦控制（q轴电流控有功，d轴电流控无功）。转子变换器（变流器）通过注入适当频率和幅值的转子电压/电流，控制转差功率（在转子和电网之间流动）。
   • 特点： 能实现有功和无功功率的独立、灵活控制，在发电机超/次同步运行时均能工作。需要网侧变换器实现直流母线电压稳定和单位功率因数运行（或调节）。

总结关键要素

• 核心思想： 基于电机动态模型（在d-q坐标系下），解耦定子电流为励磁分量（影响磁链）和转矩分量（影响转矩），实现独立闭环控制。
• 关键依赖：
  • 精确的坐标变换： 需要准确的转子磁链角度（同步角）。
  • 转子位置/转速检测： 通常需要编码器/旋变传感器。
  • 高性能电流环： 实现电流分量的快速、无差跟踪。
  • 准确参数： 控制性能受限于电机参数（电阻、电感、互感、磁链）的精度。
• 关键技术点：
  • 磁链观测器： 尤其对于异步电机和部分无位置传感器方案至关重要。
  • 位置/速度传感器： 高分辨率传感器提供高性能。
  • 无位置传感器技术： 消除传感器，提高可靠性和降低成本，是主要发展趋势。
  • 参数辨识与补偿： 在线或离线辨识电机参数，补偿参数变化（温度、饱和等）的影响。
  • 高级控制策略： 弱磁控制、MTPA控制、死区补偿、谐波抑制等增强性能。

矢量控制的优势在于其能提供接近直流电机的调速性能（宽范围、高精度、快响应），并克服了直流电机的固有缺点（电刷、换向器），广泛应用于高性能驱动场合，如：变频器、电动汽车、轨道交通牵引、工业伺服系统、新能源发电系统等。针对不同电机类型，选择合适的磁场定向方案是实现高性能控制的关键。