電機控制中Iq與Id都是什么意思？

所有的電機原理都如下圖：

兩個灰色的輪子一個是定子，另一個是轉子，具體哪個做定子，哪個做轉子隨意。所有電機的原理都是這么簡單，轉動其中一個輪子，另一個輪子就會跟著轉，就是初中物理講的”異性相吸“。

參考上圖，磁鐵都緊緊的吸在了一起如果錯開任何一個角度，比如下圖：

看上去是不是不穩定？有一種如果松手肯定會發生什么的感覺。不錯，這就是力，力就這么產生了！力乘以距離就是力矩，在這里我們就稱之為轉矩。

如果用手轉動外面的殼，里面的輪子如果能動肯定也會跟著轉，這樣電機就動起來了。所有交流電機都是有一個旋轉的磁場帶動另一個磁場使之旋轉，那個旋轉的磁場是三相對稱電流產生的。接下來的所有例子中，都是外面那個磁鐵在轉，里面那個輪子跟著動。那么問題來了，從上面的兩張圖我們能得到一些什么結論呢？

磁鐵完全對著的時候（如第一張圖）電機轉不起來，對的太正了好穩定的感覺；

磁鐵錯開一點的時候（如第二張圖）電機可以轉起來；

磁鐵錯開太多的時候，貌似力度不夠，帶不起來；

磁鐵一開始就轉的特別快，而另一個轉速為零，貌似也轉不起來（因為剛被前面的磁鐵吸了一下，后面的磁鐵就又上來了，又往后吸了一下，前功盡棄的感覺），所以電機就在那一直震啊震。

于是，如果想控制里面的轉子轉得漂亮，就需要有一套有效的控制外面的磁場的轉動的方法，不能太快，也不能太慢，要根據里面的情況，循序漸進的轉動外面的環，這就是電機控制方法。

現在，我們來看上面提到過的第3個問題，兩個磁鐵離得太遠不行，離得太近不行，那要成什么位置才會有最大的轉矩??？這就是這個問題問的本質，就有了park變換和DQ軸，park變換就是為了進一步探討空間位置對于力的控制。

控制電機，說到底，就是控制力，磁鐵相對于轉動軸的距離是固定的，所以轉矩直接正比于磁鐵之間的電磁力（轉矩等于所有力乘以距離，距離都一樣）。那么我們談控制其實就是在控制兩個磁鐵之間的力。有人會說電機另一個輸出量是轉速，也需要控制。

對，可是轉速是表面現象，控制轉速是通過控制力來間接實現的。轉矩大了自然會轉的更快，轉矩小了轉速不就降下來，所以歸根到底電機控制其實控制的就是電磁力，就是圖上顯示的幾對磁鐵之間的力。

那么，這個力跟什么有關呢？前面說了和兩個內外磁鐵的空間位置有關：兩個磁鐵錯開太少沒有力，錯開太多了力又不夠，貌似角度錯開成某個值的時候有一個最大值的感覺。不錯，這個結論的得出是在磁鐵磁力不變的前提下得到的，如果磁鐵的強弱是可以調節的會發生什么？請看下圖：

磁鐵怎么這么??？再看原來的圖片是不是有一種器大活好的懷舊感？憑直覺，上圖所示的電機感覺上力量就比原來的電機弱，因為他磁鐵小啊，力不從心?，F實中磁場的強弱就是可調節的，因為外部的旋轉磁場是由三相電流產生的，所以通過控制正弦電流的幅值你就可以調節磁場的強弱。有的同學可能會有一個問題，那么對于永磁電機來說，里面的磁鐵是不是應該保持不變呀？沒錯，這個問題我們放一放，

一會再說。

綜上，我們得到了一個強有力的結論：要想控制電機轉的漂亮，有兩個因素要把握好：

磁鐵磁力的強弱

內外磁鐵的空間相對位置

可是這兩個問題耦合在一起好難分析，因為如果磁鐵變大但空間錯的很開，那電磁力矩是變大了還是變小了??？如果磁鐵變小但是錯開的又近了一些，那力矩到底是小了還是大了??？有兩個因素都在變，很難單獨分析。于是我們就想，能不能把這兩個因素通過一種簡單的方法解耦呢？這就是Park變換和DQ軸出現的大背景，來看下圖：

內部磁鐵在空間有一個磁場，外部磁鐵會產生一個磁場，說到底，其實力的產生就是和這兩個磁場的大小和方向有關系。

所以（敲黑板狀），所有電機，注意是所有電機（包括直流電機和任何類型電機），他們的轉矩都是正比于內外兩個磁場的叉乘（如上圖），就是兩個磁場矢量圍成的平行四邊形的面積。如果兩個磁鐵方向重合（如最開始的第一張圖），那么平行四邊形的面積就是零，沒有力。如果方向錯開一點（比如最開始的第二張圖），那么就會有力（因為平行四邊形面積不為零）。

上面這個公式（電機轉矩正比于轉子磁場叉乘定子磁場）是電機學最最最最最本質的公式！平行四邊形什么的最有意思，因為他可以被拆成矩形，七巧板的感覺：

一個平行四邊形就這么被拆成矩形，為什么這么拆？因為好看啊，上面兩個圖形的面積是一樣的，所以分析起來不必擔心。我們把原來的Bin稱之為d軸磁場（d是direct的縮寫，意思是直接的；d軸中文翻譯為直軸），把新拆出來的垂直于Bin的磁場稱之為q軸磁場（q是quadrature的縮寫，意思是垂直的、正交的、90度的；q軸中文翻譯為交軸）。

兩個磁場 Bd 和 Bq，他們的面積決定了力的大小，決定了電機的輸出轉矩?？刂七@兩個值，上面我們分析的所有情況都可以被控制。那么磁場是什么產生的？電流產生的。磁場和電流的關系是什么？

磁場=電流?電感

又是高中物理，工程再復雜，本質上的物理屬性就是這么簡單。

所以帕克就說，把電機現實中的三相電感如果能轉換成DQ軸的兩相電感，世界就美好了。因為電流我可以測出來，只要知道DQ軸電感，那我就知道了兩個磁場，然后就又知道力，然后就知道轉矩，然后就可以通過改變電流控制轉矩，然后就可以通過轉矩控制轉速啦！

思路就像剛才說的這樣，有這么一條鏈條 :

電流?>磁場?>力?>轉矩?>速度

所以通過控制電流的D軸分量 Id 和Q軸分量 Iq 就能控制矩形的兩條邊：Bd 和 Bq 的大小，他們相乘就是轉矩。通過速度和（或）位置反饋，我們就能夠有效的控制外面的環使之帶動里面的輪子轉起來。DQ兩個分量合成的其實是一個矢量，于是乎這種方法就叫做矢量控制（Vector Control），也有人稱之為FOC（Field Oriented Control），一回事。

審核編輯：黃飛

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