در بخش قبلی روش های کنترل اسکالر شرح داده شد. همان طور که گفته شد پیاده سازی این روش بسیار راحت و ارزان می باشد ولی نمی توان در رنج وسیع سرعت از این روش برای کنترل موتور القایی استفاده کرد. دلیل ناکارآمد بودن این روش وابستگی گشتاور و شار به جریان های تزریقی به موتور می باشد که نمی توان این دو پارامتر را بصورت مستقل کنترل کرد و با تغییر یکی دیگری تغییر می کند.

همان طور که در شکل زیر مشخص است در موتور DC دو سیم پیچی بصورت عمود بر هم وجود دارد بنابراین تغییرات یکی روی دیگری اثری ندارد. پس می توان جریان شار (سیم پیچی میدان) را ثابت در نظر گرفت و با کنترل گشتاور (جریان سیم پیچی آرمیچر) سرعت را از صفر تا بالاتر از سرعت نامی کنترل کرد:

روش کنترل برداری بر این اساس شکل گرفته است که ابتدا مدل سه فاز موتور القایی را به مدل دو سیم پیچ عمود بر هم تبدیل کرده و سعی می کند که جریان این دو سیم پیچی را کنترل کند. برای مثال فرض کنید موتور القایی با سه سیم پیچی موجود می باشد:

MMF گردان بصورت زیر قابل محاسبه است:

توجه کنید که اگر جریان ها را متعادل و سینوسی در نظر بگیریم پس داریم:

با توجه به رابطه بالا می توانیم مدل سه سیم پیچی را به دو سیم پیچی عمود بر هم بصورت زیر در نظر بگیریم:

توجه کنید که مقدار جریان در این حالت DC و تعداد دور سیم پیچی 1.5 برابر شده است. همان طور که مشخص است چون دو سیم پیچی بر عمود هستند پس دیگر بر یکدیگر تاثیر نمی گذارند.
اساس کنترل برداری نیز مثل مثال بالا می باشد یعنی با تبدیل مدل سه فاز به مدل دو فاز dq دوار.
می توان با جهت دهی مناسب شار گشتاور را با جریان iqs و مقدار شار را با ids کنترل کرد.
 با توجه به اینکه کدام شار برای جهت دهی انتخاب شود روش کنترل برداری به سه روش پیاده سازی می شود:

• روش جهت دهی شار روتور (Rotor Flux Oriented)
  

• روش جهت دهی شار استاتور (Stator Flux Oriented)
  

• روش جهت دهی شار مغناطیس کنندگی (Magnetizing Flux Oriented)
  

مزیت و معایب هر یک از روش های بالا عبارت انداز:
روش جهت دهی شار روتور نسبت به پارامترهای موتور حساس و دارای مدار مجزاساز (Decouple) پیچیده می باشد ولی این روش پایدار می باشد.
روش جهت دهی شار استاتور حساسیت کمتری نسبت به پارامترهای موتور دارد و مدار مجزاساز (Decouple) آن ساده می باشد ولی این روش دارای محدودیت جریان iqs جهت پایداری می باشد.
روش جهت دهی شار مغناطیس کنندگی حساسیت نسبت به لرزش و حرارت موتور دارد و همچنین اندازه گیری شار در این روش مشکل می باشد و دارای محدودیت جریان iqs جهت پایداری می باشد.
با توجه به مطالب گفته شده چون ما نیاز به کنترل پایدار داریم بنابراین به سراغ روش جهت دهی شار روتور می رویم.
با توجه به اینکه زاویه روتور چگونه اندازه گیری می شود روش های کنترل برداری به دو روش پیاده سازی می شوند:

• روش مستقیم (Direct)
• روش غیرمستقیم (Indirect)

در روش مستقیم زاویه روتور مستقیماً بوسیله سنسور اندازه گیری می شود ولی در روش غیر مستقیم موقعیت روتور بوسیله پارامترهای دیگر تخمین زده می شود.
با توجه به اینکه از چه نوع اینورتری برای کنترل استفاده می شود روش های کنترل برداری به دو روش زیرتقسیم بندی می شوند:

• اینورتر منبع ولتاژی
• اینورتر منبع جریانی

در این رابطه فقط باید اشاره کنم که اینورترهای منبع جریانی معمولاً برای موتورهای خیلی بزرگ استفاده می شوند.
در ادامه روش جهت دهی شار روتور به دو روش مستقیم و غیر مستقیم توضیح داده می شود.

روش کنترل برداری مستقیم:

معادلات ولتاژ موتور القایی در دستگاه dq که با سرعت دلخواه می چرخد بصورت زیر می باشد:

و همچنین برای شار داریم:

بنابراین رابطه گشتاور بصورت زیر محاسبه می شود:

اگر دستگاه مرجع ساکن انتخاب شود شار استاتور را با اندازه گیری ولتاژ و جریان استاتور بصورت زیر می توان محاسبه کرد:

بنابراین طبق روابط بالا شار روتور برحسب شار و جریان استاتور بصورت زیر محاسبه می شوند:

که σ بصورت زیر تعریف می شود:

با پیدا شدن شارهای محور d و q روتور می توان زاویه شار روتور را بصورت زیر محاسبه کرد:

بر اساس این زاویه جریان های استاتور را در دستگاه سنکرون می توان بصورت زیر نوشت:

چون در این روش شار محور d را در جهت شار روتور جهت دهی می کنیم پس شار محور q برابر با صفر می شود پس از رابطه ولتاژ محور d روتور داریم:

چون جریان روتور را نمی توان اندازه گیری کرد پس باید جریان idr از رابطه بالا حذف شود پس داریم:

پس طبق رابطه بالا با کنترل جریان ids می توان شار را کنترل کرد. همچنین چون شار محور q صفر است، رابطه گشتاور بصورت زیر در می آید:

طبق رابطه بالا با ثابت بودن شار، گشتاور را می توان با جریان iqs مستقلاً کنترل کرد.

همان طور که از روابط مشخص است این روش به پارامترهای موتور وابسته است. بلوک دیاگرام کنترلی این روش بصورت زیرمی باشد:

توجه کنید که برای تخمین شار روش های مختلفی وجود دارد.

روش کنترل برداری غیر مستقیم:

همان طور که گفته شد در روش غیر مستقیم زاویه شار بوسیله روابط بدست می آید. مانند قبل چون شار در جهت شار روتور جهت دهی می شود پس شار محور q روتور صفر می باشد. با استفاده از روابط مربوط به شار در مرجع سنکرون می توانیم بنویسیم:

همچنین با توجه به رابطه ولتاژ محور q روتور می توان نوشت:

با استفاده از دو رابطه بالا سرعت لغزش بصورت زیر بدست می آید:

با بدست آوردن سرعت لغزش و با اندازه گیری سرعت روتور می توان زاویه شار را محاسبه کرد:

بلوک دیاگرام کنترلی این روش بصورت زیر می باشد:

نکاتی را که برای کنترل موتور در این روش باید در نظر گرفت عبارت انداز:

1) مانند موتور DC بسته به ناحیه عملکرد، پارامترهای موتور از قبیل شار،ولتاژ و جریان بصورت زیر تغییر می کنند:

2) توجه کنید که برای بهبود این روش ها می توان از فیدفوروارد ولتاژ و مجزاسازی پارامترها نیز استفاده کرد. در این روش ها تعداد کنترل کننده ها (5-6) افزایش می یابد.

3) نحوه تنظیم کنترل کننده های PID می تواند بر سرعت پاسخ تاثیر بسزایی داشته باشد.

برای دانلود شبیه سازی کنترل موتور القایی به روش کنترل برداری غیر مستقیم با Matlab بر روی عکس زیر کلیک کنید.

جهت سفارش شبیه سازی پروژه کنترل برداری موتور القایی با مدار مجزاساز با Matlab بر روی عکس زیر کلیک کنید.