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伺服电机的三环控制是什么?

  伺服电机为了达到生产的精准控制,电机一般采用三环控制,这主要是为了使伺服电机系统形成闭环控制,所谓三环就是3个闭环负反馈PID调节系统。电压映射电流变化,电流映射转矩大小,转矩大小映射转速的变化,转速同时又映射了位置的变化,三环控制是考虑电气与物理融合。以达到非常精准,可靠的控制。

  一、三环控制原理

  1、首先是电流环,此环完全在伺服驱动器内部进行,通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流,负反馈给电流的设定进行PID调节,从而达到输出电流尽量接近等于设定电流,电流环就是控制电机转矩的,所以在转矩模式下驱动器的运算最小,动态响应最快。

  2、第二环是速度环,通过检测的伺服电机编码器的信号来进行负反馈 PID 调节,它的环内 PID 输出直接就是电流环的设定,所以速度环控制时就包合了速度环和电流环,换句话说任何形式都必须使用电流环,电流环是控制的根本,在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流(转矩)的控制以达到对速度和位置的相应控制。

  3、第三环是位置环,它是最外环,可认在驱动器和伺服电机编码器间构建也可以在外部控制器和电机编码器或最终负载间构建,要根据实际情况来定。由于位置控制环内部输出就是速度环的设定,位置控制模式下系统进行了所有 3 个环的运算,此时的系统运算量最大,动态响应速度也最慢。

  二、影响控制的因素

  1、速度环主要进行PI(比例和积分),比例就是增益,所以我们要对速度增益和速度积分时间常数进行合适的调节才能达到理想效果。

  2、位置环主要进行P(比例)调节。对此我们只要设定位置环的比例增益就好了。当进行位置模式需要调节位置环时,最好先调节速度环,位置环、速度环的参数调节没有什么固定的数值,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。