伺服电机三环（电流环、速度环、位置环）控制

0 伺服

伺服控制是为满足某种目的，对产生的运动（对物体运动的位置、速度及加速度等变化量）进行有效控制的人类活动。

伺服控制系统则指的是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。

主令和控制结果的近似达到一定高度时就能称为伺服，和机器的结构没有直接的关系。

伺服电机一般采用三环控制（3个闭环负反馈PID调节系统），主要是为了使伺服电机系统形成闭环控制.

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。三环控制考虑了电气与物理融合，精准、可靠。

1 电流环

输入：速度环PID调节后的输出（“电流环的设定”）

输出：电机每相的相电流（通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流）；“电流环的设定”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

【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】

• PID常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

2 速度环

输入：（检测的伺服电机编码器的信号得到）位置环PID调节后的输出 和 位置设定的前馈值（“速度设定”）

输出：“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（“电流环的设定”）

速度环的反馈：编码器的反馈后的值经“速度运算器”得到

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

• 主要进行PI（比例和积分），比例就是增益
• 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

3 位置环

输入：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）

经过平滑滤波处理和电子齿轮计算后作为“位置环的设定”

输出：“位置环的设定”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

输出和位置给定的前馈信号的合值构成“速度环的设定”

位置环的反馈：自于编码器

• 主要进行P（比例）调节，只要设定位置环的比例增益就好

参数调节

1、没有固定的数值，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。

2、简单方法：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。

3、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，再调节位置环增益，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。

参考：

1."伺服"是什么意思呢？看完才明白！ - 知乎 (zhihu.com)

2.什么是伺服？如何实现伺服控制？ - 知乎 (zhihu.com)

3. 三个闭环负反馈PID调节系统：电流环、速度环和位置环的关系_位置环和速度环_明如正午的博客-CSDN博客

4.伺服电机三环（电流环、速度环、位置环）控制原理及参数调节__yuan_的博客-CSDN博客

5.伺服电机三环控制系统 一_魂淡1994的博客-CSDN博客