無刷電機(jī)矢量控制與弦波式控制方式存在著本質(zhì)的問題，就是它對無刷電機(jī)電流的控制是一個變量的控制。當(dāng)無刷電機(jī)速度不斷提高，P-I控制器達(dá)到極限帶寬時，這種控制方式就會失去它的效用。矢量控制就可以解決這個問題，它是通過直接控制對應(yīng)于轉(zhuǎn)子磁場平行和垂直方向的矢量電流分量來實現(xiàn)對定子線圈電流進(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)子磁場的兩個電流分量。因為在這兩個方向上的電流是靜態(tài)的，所以P-I控制器對電流的控制就可以是直流的，而不是弦波信號。所以控制器輸出的線圈電流和電壓就是一個常量，不是原先的隨時間不斷變化的變量，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控制無刷電機(jī)，電流控制的質(zhì)量與電機(jī)轉(zhuǎn)速沒有任何關(guān)系。

在矢量控制的情況下，我們主要控制對應(yīng)于轉(zhuǎn)子磁場平行和垂直方向上的無刷電機(jī)電流和電壓。這就表明我們所測得的無刷電機(jī)電流必須經(jīng)過PI控制器進(jìn)行數(shù)學(xué)計算，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的動態(tài)結(jié)構(gòu)（平行和垂直于轉(zhuǎn)子磁場方向）。同樣的，無刷電機(jī)端的控制電壓也需要經(jīng)過數(shù)學(xué)計算將其由轉(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)換至需要一步計算就可以完成，但我們用兩個步驟來描述會比較方便。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)定的動態(tài)的直角正交的d-q結(jié)構(gòu)，然后再由這種定子的動態(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，這些計算必須在P-I控制器的一個采樣周期內(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)，控制將變得非常簡單。我們需要兩路P-I控制器；一個控制平行與轉(zhuǎn)子磁場的電流，一個控制垂直向電流。因為平行向電流的控制信號為零，所以這就使無刷電機(jī)平行向的電流分量也變成零，這也就驅(qū)使無刷電機(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，這樣無刷電機(jī)的效率被最大化。另一路P-I控制器主要用來控制垂直向的電流，以獲得與輸入信號相符的需求力矩。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控制器的輸出信號表征了對應(yīng)于轉(zhuǎn)子的電壓矢量。對應(yīng)于無刷電機(jī)電流信號的轉(zhuǎn)換，這些靜態(tài)的電壓矢量也經(jīng)過一系列的參考坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，得到輸出橋路需要的電壓控制信號。他們首先由轉(zhuǎn)子動態(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)，然后輸入到無刷電機(jī)的U，V和W的三相線圈中。這三路電壓信號在輸入到無刷電機(jī)線圈前需要經(jīng)過PWM的調(diào)制。

將無刷電機(jī)線圈中時變的電流和電壓的弦波信號轉(zhuǎn)換成d-q結(jié)構(gòu)的直流信號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P-I控制得到所需的弦波式電流。因此對系統(tǒng)的P-I控制主要處理的是時變的無刷電機(jī)電流和電壓的弦波信號，無刷電機(jī)的性能就會受到控制器帶寬和相位漂移的限制。而在矢量控制中，電流信號先經(jīng)過P-I控制，再經(jīng)過高速的換相處理。因此，P-I控制器不需要對時變的電流和電壓信號進(jìn)行處理；系統(tǒng)也不會受到P-I控制器帶寬和相位漂移的影響。

因此，為什么說矢量控制的方式更優(yōu)越？

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

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