1 基本概念
有速度传感器的矢量控制方式，主要用于高精度的速度控制、转矩控制、简单伺服控制等对控制性能要求严格的使用场合。在该方式下采用的速度传感器一般是旋转编码器，并安装在被控电动机的轴端，而不是象闭环v/f控制安装编码器或接近开关那样随意。在很多时候，为了描述上的方便，也把有速度传感器的矢量控制方式称为闭环矢量控制或有pg反馈矢量控制，本文为了不与运行方式中的pid闭环控制相混淆，以及与无速度传感器矢量控制相对应，基本采用“有速度传感器矢量控制方式”这种称呼。
有速度传感器矢量控制方式的变频调速是一种理想的控制方式，它有许多优点:
(1)可以从零转速起进行速度控制，即使低速亦能运行，因此调速范围很宽广，可达1000:1;
(2)可以对转矩实行精确控制;
(3)系统的动态响应速度甚快;
(4)电动机的加速度特性很好等优点。
2 编码器pg接线与参数
矢量变频器与编码器pg之间的连接方式，必须与编码器pg的型号相对应。一般而言，编码器pg型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种，其信号的传递方式必须考虑到变频器pg卡的接口，因此选择合适的pg卡型号或者设置合理的跳线至关重要。前者的典型代表是安川vs g7变频器，后者的典型代表为艾默生td3000变频器。
以安川vs g7变频器为例，其用于带速度传感器矢量控制方式安装的pg卡类型主要有两种:
(1) pg－b2卡，含a/b相脉冲输入，对应补码输出，如图1所示。
图1 pg－b2卡与编码器接线图
(2) pg－x2卡，含a/b/z相脉冲输入，对应线驱动，如图2所示。
图2 pg－x2卡与编码器接线图
艾默生td3000变频器的pg卡是统一配置的，最高输入频率为120khz，它与不同的编码器pg接线时，只需注意接线方式和跳线cn4。当跳线cn4位于di侧时，可以选择编码器信号由a+、a－、b＋、b－差动输出(如图3所示)或者a＋、b＋推挽输出(如图5所示);当跳线cn4位于oci侧时，可以选择编码器信号由a－、b－开路集电极输出(如图4所示)。
图3 差动输出编码器接线图
图4 集电极开路输出编码器(加上虚线为电压型输出编码器)接线图
在变频器的参数组中对于编码器pg都有比较严格的定义，这些定义包括:
(1)编码器pg每转脉冲数。此参数可以查看编码器本身的技术指标，单位为p/r。
(2)编码器pg方向选择。如果变频器pg卡与编码器pg接线次序代表的方向，和变频器与电动机连接次序代表的方向匹配，设定值应为正向，否则为反向。必须注意当方向选择错误时，变频器将无法加速到你所需要的频率，并报过流故障或编码器反向故障。更改此参数可方便地调整接线方向的对应关系，而无须重新接线。
图5 推挽输出编码器接线图
图6 编码器pg的方向选择
图6中所示为安川vs g7变频器的编码器pg方向选择示意。编码器pg从输入轴看时顺时针方向cw旋转时，为a相超前，另外，正转指令输出时，电动机从输出侧看时逆时针ccw旋转。然而，一般的编码器pg在电动机正转时，安装在负载侧时为a相超前，安装在与负载侧相反时b相超前。
(3) 编码器pg断线动作。如果编码器pg断线(即pgo)，变频器将无法得到速度反馈值，将立即报警并输出电压被关闭，电动机自由滑行停车，在停车过程中，故障将无法复位，直到停机为止。
(4) 编码器pg断线检测时间。一般为10s以下，以确认在此时间内编码器pg的断线故障是否持续存在。
(5) 零速检测值。本参数是为了检测编码器pg断线而定义的功能，当设定频率大于零速检测值，而反馈速度小于零速检测值，并且持续时间在编码器pg断线检测时间参数以上，则变频器确认为编码器pg断线故障(pgo)成立。
(6) 编码器pg与电动机之间的齿轮齿数。本参数是为了适应编码器安装在齿轮电动机上的情况，可设定齿轮齿数。由电动机转速公式可以得出:
电动机速度(r/min)=(从编码器pg输入的脉冲数×60)×(负载侧齿轮齿数 / 电动机侧齿轮齿数)/编码器pg的每转脉冲数
(7) 检出电动机的过速度。电动机超过规定以上的转速时，检出故障。通常设定100％～120％的最大频率为检出过速度的基准值，如果在预定的时间内频率持续超出该值，则定义为电动机过速度故障(os)。如发生该故障，变频器自由停车。
(8) 检出电动机和速度指令的速度差。我们定义电动机的实际速度和设定速度的差值为速度偏差，如果在一定的时间内其速度偏差值持续超出某一范围值(如10％时)，则检出速度偏差过大(dev)。如发生该故障，变频器可以按照预先设定的故障停机方式停机。
3 带速度传感器矢量控制与闭环v/f控制的区别
带速度传感器矢量控制与闭环v/f控制在安装编码器pg上有共同点，而且都有类似的pid环以及相应的参数设置，好像给人一种雷同的感觉。但两者存在着很大的区别，主要一点在于前者是矢量控制，而后者属于传统的v/f控制。
图7 带速度传感器矢量控制原理框图
图8 闭环v/f控制原理框图
我们对比一下带速度传感器矢量控制与闭环v/f控制的原理框图，如图7、图8中所示。矢量控制时的速度控制asr是把速度指令和速度反馈信号进行差值比较，然后进行pi控制后，经过一定的滤波时间，再经过转矩限定，输出转矩电流，进入转矩环控制;而闭环v/f控制是将速度指令和速度反馈信号的偏差调为零，pid的结果只是去直接控制变频器的频率输出。
除了控制原理上的区分外，带速度传感器矢量控制与闭环v/f控制还有以下几点不同:
(1) 控制精度不同。带速度传感器矢量控制的速度控制精度能达到0.05％，而闭环v/f控制则只有0.5％(相当于无传感器矢量控制的水平)。
(2) 启动转矩不同。带速度传感器矢量控制的启动转矩可达到200％/0hz，而闭环v/f控制则只有180％/0.5hz。
(3) 安装方式不一样。带速度传感器矢量控制的编码器安装要求非常严格，必须与电动机或者齿轮电动机的轴一致;而闭环v/f控制则可以安装在传动点的任意一个位置。
(4) 编码器选型不一样。带速度传感器矢量的编码器要求比较严格，通常都要求二相输入;而闭环v/f控制则可以只要求一相输入，甚至可以用高性能接近开关替代。
(5)编码器断线停机方式不一样。带速度传感器矢量控制的编码器断线故障检出后，将不得不自由停车;而闭环v/f控制还可以在频率指令下继续开环v/f控制运行。
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