在伺服系统中,直流伺服电动机能获得优良的动态与静态性能,其根本原因是被控量只有电动机磁场和电枢电流,且这两个量是独立的,如果完满的补偿电枢反应,两量互不影响。此时,电磁转矩与磁通和电枢电流分别成正比关系,因此控制简单,特性为线性。而交流感应电动机没有独立的励磁回路,转子电流时刻影响着磁通的变化,而且交流感应电动机的输入量是随时间交变的量,磁通也是空间的交变矢量,仅仅控制定子电压和电源频率,其输出特性显然不是线性。如果能够模拟直流电动机,求出交流电动机与此对应的磁场与电枢电流,分别而独立的加以控制,就会使交流电动机具有与直流电动机近似的优良调速特性。为此,必须将三相交流变量(矢量)转换为与之等效的直流量(标量),建立起交流电动机的等效数学模型,然后按直流电动机的控制方法对其进行控制,再将控制信号等效转变为三相交流电量,驱动感应交流电动机,完成对交流电动机的速度控制。这种矢量-标量-矢量的过程就是矢量变换控制过程。在矢量变换控制中,首先是将三相交流量(三相交流电动机)等效为两相交流量(二相交流电动机),再将二相交流量(二相交流电动机)旋转后等效为模拟直流量(直流电动机),控制后,再将调制好的模拟直流量转换为三相交流量输出。在这个过程中要进行复杂的运算和坐标变换计算,所以矢量控制往往由微处理器系统来完成,如下图所示。
交流主轴驱动原理框图