伺服电机三环控制系统的调整方法

随着工业自动化程度的不断提高，伺服控制技术、电力电子技术和微电子技术的快速发展，伺服运动和控制技术也日趋成熟。作为一种高性能的测试手段，电机运动控制平台得到了广泛的应用，人们对伺服性能的要求也越来越高。

一、三环控制原理

1.首先是电流回路，完全在伺服驱动器中进行。电机各相输出电流由霍尔器件检测，通过对电流设定值的负反馈进行PID调节，使输出电流尽可能接近设定电流。电流回路控制电机转矩，因此在转矩模式下，驱动器具有小的操作和快的动态响应。

2.第二回路是速度回路，通过伺服电机编码器检测到的信号进行负反馈PID调节，其回路中的PID输出直接是电流回路的设定，因此速度回路控制包括速度皮回路和电流回路。换句话说，任何棋风都必须使用电流回路，这是控制的从动件。在速度和位置控制的同时，系统实际控制电流(转矩)，实现速度和位置的相应控制。

3.第三个环是位置环，是外面的环。根据实际情况，它可以构建在驱动器和伺服电机编码器之间，或者外部控制器和电机编码器或终负载之间。因为位置控制回路的内部输出是速度回路的设置，所以系统在位置控制模式下执行所有三个回路操作，此时系统具有的计算量和慢的动态响应速度。

图1.1

二、影响控制的因素

1.速度环主要采用PI(比例积分)，比例就是增益，需要适当调整速度增益和速度积分时间常数才能达到理想的效果。

2.位置环主要通过P(比例)来调整。我们只需要设置位置环的比例增益。当位置模式下需要调整位置环时，好先调整速度环。位置环和速度环的参数调整没有固定值，是根据外部负载的机械传动连接方式、负载的运动方式、负载惯性、速度和加速度要求、电机本身的转子惯性和输出惯性等多种条件确定的。简单的调整方法是根据外部载荷，在一般经验范围内，将增益参数由小变大，积分时间常数由大变小，以避免振动

图1.2

三、MES-100控制方式

1.MES-100运动控制平台由电机及加载系统、电机驱动调试系统、数据采集及供电系统组成。从电机到驱动器构建了完整的软硬件实验环境，提供了完全开放的软硬件接口，具有丰富的可扩展教学经验。可以做电机识别、堵转、电机效率测试、电机参数测量、电机T-N曲线测试、电机运动控制、编码器矢量转矩、无感矢量速度分析等测试。测试结果如下图1.3所示。

2.伺服电机的速度和转矩控制由模拟量控制，位置控制由发送脉冲控制。如果对电机的转速和位置没有要求，可以采用恒转矩方式，通过及时改变模拟量的设定，或者通过通讯改变相应的地址值，就可以改变设定的转矩。如果对位置和速度有一定的进度要求，可以采用速度或位置模式。位置控制方式一般是通过外界输入的脉冲频率来确定转速，通过脉冲数来确定旋转角度。由于位置模式可以严格控制速度和位置，因此在行业中得到广泛应用。

图1.3