向量控制

三相感應馬達的(d,q)坐標系統[13]

定子電流的向量可以用（d,q）軸的坐標系統來定義，其中場磁链的電流分量對正d軸（direct），而轉矩的電流分量對正q軸（quadrature）。[11]馬達的（d,q）軸坐標可以對應（a,b,c）三相的弦波系統。而（d,q）軸的電流向量一般可以個別用PI控制器進行控制，也就是沒有微分（D）單元的PID控制器。

和（d,q）軸的坐標系統有關的坐標轉換如下[12][14][15]：

• 由三相的瞬時電流值轉換為（a,b,c）三相的弦波電流向量。
• 利用克拉克轉換，由（a,b,c）三相轉換到（${\displaystyle \alpha }$,${\displaystyle \beta }$）二相的轉換。在實現向量控制時一般假設馬達沒有接地，且三相電流平衡，因此可以只感測三相電流中的二相。（${\displaystyle \alpha }$,${\displaystyle \beta }$）二相的坐標互相垂直，${\displaystyle \alpha }$軸對齊（a,b,c）三相中的a相。將（${\displaystyle \alpha }$,${\displaystyle \beta }$）二相轉換到（a,b,c）三相的轉換則會利用空間向量PWM或是反克拉克轉換來達成。
• 在（${\displaystyle \alpha }$,${\displaystyle \beta }$）和（d,q）之間，二個二相系統之間的轉換，利用派克轉換及反派克轉換來達成。

不過也有些系統會直接進行（a,b,c）三相系統及（d,q）軸坐標系統之間的轉換及反轉換。

（d,q）軸的坐標系統可以依任何轉速旋轉，在實務上可以選擇以下三種不同轉速的坐標系統：[13]

• 靜止坐標系統，（d,q）軸不會旋轉。
• 同步坐標系統，（d,q）軸以同步轉速旋轉。
• 轉子坐標系統，（d,q）軸以轉子的轉速旋轉，感應馬達的轉子轉速會和同步轉速不同。

利用馬達控制的演算法，可以從三相的瞬時電流中得到獨立的轉矩電流及場電流[16]。簡單的交流馬達控制可以利用以微處理器為基礎的控制系統來達成[16]．高階的交流變頻器則會應用数字信号处理器（DSP）來進行[17]。

無感測器向量控制的方塊圖 [15][18]

向量控制可以用有編碼器回授轉速的閉迴路磁場導向控制來實現，也可以用無（速度）感測器（sensorless）的開迴路控制器來實現。無感測器向量控制和閉迴路控制器的最大差異是可以輸出額定轉矩的最小速度。閉迴路向量控制可以在馬達靜止時輸出額定轉矩，而無感測器向量控制一般有其最小速度的限制，例如0.8Hz[19]。

無感測器向量控制是利用三相電壓及輸出電流，配合開迴路的估測器（estimator）或是閉迴路的觀測器（observer）來得到轉速的資訊，開迴路估測器中會計算轉速，但不會作回授控制，閉迴路觀測器則會計算轉速，並依此計算某物理量，利用此計算量計算值和向量控制中對應值的差異進行回授控制。無感測器向量控制由於不需要有加裝編碼器的馬達，在成本及可靠度上很有競爭力[15][18]，但對於電流信號的要求也比較高。

間接式磁場導向控制的方塊圖[20][21][22]

磁場導向控制可分為二種：分別是直接磁場導向控制（DFOC，也稱為回饋磁場導向控制）及間接磁場導向控制（IFOC，也稱為前饋磁場導向控制）。間接磁場導向控制可以在從零速到高於馬達額定頻率以上的弱磁區運作，因此較常使用[23]。

直接磁場導向控制中，利用電壓型或電流型的磁通模型計算磁通大小及角度。在間接磁場導向控制中會先量測定子電流及轉子速度，再利用轉子速度及轉差率的計算值推導轉子角度，再得到磁通的角度[24][25]。