三环伺服运动控制.doc

三环伺服运动控制运动伺服一般都是三环控制系统, 从内到外依次是电流环速度环位置环。 1、首先电流环: 电流环的输入是速度环 PID 调节后的那个输出, 我们称为“电流环给定”吧, 然后呢就是电流环的这个给定和“电流环的反馈”值进行比较后的差值在电流环内做 PID 调节输出给电机, “电流环的输出”就是电机的每相的相电流,“电流环的反馈”不是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。 2 、速度环:速度环的输入就是位置环 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”, 这个“速度设定”和“速度环反馈”值进行比较后的差值在速度环做 PID 调节( 主要是比例增益和积分处理) 后输出就是上面讲到的“电流环的给定”。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。 3 、位置环:位置环的输入就是外部的脉冲(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”, 设定和来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差计数器的计算后的数值在经过位置环的 PID 调节(比例增益调节, 无积分微分环节) 后输出和位置给定的前馈信号的合值就构成了上面讲的速度环的给定。位置环的反馈也来自于编码器。编码器安装于伺服电机尾部, 它和电流环没有任何联系, 他采样来自于电机的转动而不是电机电流, 和电流环的输入、输出、反馈没有任何联系。而电流环是在驱动器内部形成的, 即使没有电机, 只要在每相上安装模拟负载(例如电灯泡)电流环就能形成反馈工作。谈谈 PID 各自对差值调节对系统的影响: 1 、单独的 P (比例)就是将差值进行成比例的运算,它的显著特点就是有差调节, 有差的意义就是调节过程结束后, 被调量不可能与设定值准确相等, 它们之间一定有残差, 残差具体值您可以通过比例关系计算出。。。增加比例将会有效减小残差并增加系统响应,但容易导致系统激烈震荡甚至不稳定。。。 2 、单独的 I (积分)就是使调节器的输出信号的变化速度与差值信号成正比, 大家不难理解, 如果差值大, 则积分环节的变化速度大, 这个环节的正比常数的比例倒数我们在伺服系统里通常叫它为积分时间常数, 积分时间常数越小意味着系统的变化速度越快, 所以同样如果增大积分速度( 也就是减小积分时间常数) 将会降低控制系统的稳定程度, 直到最后出现发散的震荡过程,。。。这个环节最大的好处就是被调量最后是没有残差的。。。 3、 PI (比例积分)就是综合 P和I 的优点,利用 P 调节快速抵消干扰的影响,同时利用 I 调节消除残差。。。 4 、单独的 D (微分)就是根据差值的方向和大小进行调节的, 调节器的输出与差值对于时间的导数成正比, 微分环节只能起到辅助的调节作用,它可以与其他调节结合成 PD和 PID 调节。。。它的好处是可以根据被调节量( 差值