伺服电机(电流环速度环位置环)

伺服电机电流环速度环位置环原理和设计方法 伺服电机是一种常用的运动控制系统，它广泛应用于工业自动化、机器人、数控机床等领域。伺服电机的控制系统通常由三环控制系统组成，即电流环、速度环和位置环。下面我们将详细介绍伺服电机电流环速度环位置环的原理和设计方法。 一、电流环 电流环是伺服电机控制系统的最内层环节，它的输入是速度环PID调节后的输出，我们称为“电流环给定”。电流环的输出是电机的每相电流。电流环的反馈不是来自编码器的反馈，而是在驱动器内部安装在每相的霍尔元件（磁场感应变为电流电压信号）反馈给电流环的。 电流环的PID调节输出给电机，电流环的反馈值与电流环给定值进行比较后的差值在电流环内做PID调节输出给电机。电流环的PID调节参数一般都是在驱动器内部设定好的，操作使用者不需要更改。 二、速度环 速度环是伺服电机控制系统的中间环节，速度环的输入是位置环PID调节后的输出以及位置设定的前馈值，我们称为“速度设定”。速度环的输出是电流环的给定值。速度环的反馈来自于编码器的反馈后的值经过“速度运算器”得到的。 速度环的PID调节主要是比例增益和积分处理，速度环的PID调节参数需要根据外部负载的机械传动连接方式、负载的运动方式、负载惯量、对速度、加速度要求以及电机本身的转子惯量和输出惯量等等很多条件来决定。 三、位置环 位置环是伺服电机控制系统的最外层环节，位置环的输入是外部的脉冲（通常情况下，直接写数据到驱动器地址的伺服例外），外部的脉冲经过平滑滤波处理和电子齿轮计算后作为“位置环的设定”。位置环的输出是速度环的给定值。位置环的反馈也来自于编码器。 位置环的PID调节主要是比例增益调节，位置环的PID调节参数需要根据外部负载的机械传动连接方式、负载的运动方式、负载惯量、对速度、加速度要求以及电机本身的转子惯量和输出惯量等等很多条件来决定。 四、PID调节原理 PID调节是伺服电机控制系统中最常用的调节方法，它可以使系统更加准确稳定的达到控制的期望。PID调节包括比例、积分和微分三个部分，分别对应P、I和D三个参数。 五、PID参数调节 PID参数调节是伺服电机控制系统的关键步骤，需要根据外部负载的机械传动连接方式、负载的运动方式、负载惯量、对速度、加速度要求以及电机本身的转子惯量和输出惯量等等很多条件来决定。调节的简单方法是在根据外部负载的情况进行大体经验的范围内将增益参数从小往大调，积分时间常数从大往小调，以不出现震动超调的稳态值为最佳值进行设定。 在进行位置模式需要调节位置环时，最好先调节速度环（此时位置环的比例增益设定在经验值的最小值），调节速度环稳定后，在调节位置环增益，适量逐步增加，位置环的响应最好比速度环慢一点，不然也容易出现速度震荡。