伺服系統(tǒng)是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)，主要任務(wù)是按控制命令的要求，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制非常靈活方便。伺服系統(tǒng)最初用于國防軍工，后來逐漸推廣到國民經(jīng)濟(jì)的許多部門,如自動(dòng)機(jī)床、無線跟蹤控制等。

伺服系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，工控人要了解下面這五個(gè)注意事項(xiàng)！

一、三環(huán)的增益調(diào)整

1. 電流環(huán)：

電流環(huán)的輸入是速度環(huán) PID 調(diào)節(jié)后的輸出，稱為“電流環(huán)給定”。

電流環(huán)的給定和“電流環(huán)的反饋”值進(jìn)行比較后的差值，在電流環(huán)內(nèi)做 PID 調(diào)節(jié)輸出給電機(jī)，“電流環(huán)的輸出”就是電機(jī)的每相的相電流。

2. 速度環(huán)：

速度環(huán)的輸入是位置環(huán) PID 調(diào)節(jié)后的輸出及位置設(shè)定的前饋值，稱為“速度設(shè)定”。

“速度設(shè)定”和“速度環(huán)反饋”值進(jìn)行比較后的差值在速度環(huán)做PID 調(diào)節(jié)后輸出，就是“電流環(huán)的給定”，速度環(huán)是編碼器反饋后的值經(jīng)過“速度運(yùn)算器”得到的。

3. 位置環(huán)：

位置環(huán)的輸入就是外部的脈沖，位置環(huán)的反饋也來自于編碼編碼器安裝于伺服電機(jī)尾部，和電流環(huán)沒有任何聯(lián)系，采樣來自于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而不是電機(jī)電流。

二、PID 控制的概念

PID 是控制系統(tǒng)中的重要參數(shù)，指控制方式，輸出與輸入之間的響應(yīng)方式，英文字母比例（P）、積分（I）、微分（D）。

PID 控制把收集到的數(shù)據(jù)和一個(gè)參考值進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算新的輸入值， 這個(gè)新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。和其他簡單的控制運(yùn)算不同，PID 控制可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調(diào)整輸入值， 這樣可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定。

三、增益調(diào)整的原則及注意事項(xiàng)

一些品牌的伺服都有自動(dòng)增益功能，但也有一些伺服需要手工調(diào)整，需注意以下幾點(diǎn)：

位置環(huán)是調(diào)整靜態(tài)增益的，速度環(huán)是調(diào)整動(dòng)態(tài)增益的。

位置環(huán)增益，提高位置響應(yīng)的速度，也就是說找到位置的快慢，增益越高達(dá)到目標(biāo)的時(shí)間越短，不是速度的關(guān)系，閉環(huán)系統(tǒng)在最后定位結(jié)束的地方是個(gè)高速震蕩的過程，在目標(biāo)值附近快速震蕩，最后找到目標(biāo)。增益高，這個(gè)震蕩結(jié)束就快，這個(gè)是伺服電機(jī)的重要性能指標(biāo)之一。

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四、伺服電機(jī)的控制模式選擇

1. 轉(zhuǎn)矩控制 ：

轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如 10V 對(duì)應(yīng) 5Nm 的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為 5V 時(shí)電機(jī)軸輸出為 2.5Nm:如果電機(jī)軸負(fù)載低于 2.5Nm 時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，外部負(fù)載等于 2.5Nm 時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)，大于 2.5Nm 時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。

2. 位置控制 ：

位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過脈沖的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。

3. 速度模式 ：

通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán) PID 控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。

位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測(cè)位置信號(hào)，此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)就由直接的最終負(fù)載端的檢測(cè)裝置來提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過程中的誤差，增加整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。

4. 全閉環(huán)控制模式 ：?

全閉環(huán)控制是相對(duì)于半閉環(huán)控制而言的。

半閉環(huán)是指數(shù)控系統(tǒng)或 PLC發(fā)出速脈沖指令，伺服接受指令后執(zhí)行，在這個(gè)過程中，伺服本身的編碼器進(jìn)行位置反饋給伺服，伺服自己進(jìn)行偏差修正，伺服本身誤差可避免，但是機(jī)械誤差無法避免。

而全閉環(huán)是指伺服接受上位控制器發(fā)出速度可控的脈沖指令，把伺服電機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、位置傳感器三者有機(jī)的結(jié)合在一起。

五、PID三環(huán)對(duì)伺服控制的影響

伺服電機(jī)一般為三個(gè)環(huán)控制，所謂三環(huán)就是 3 個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。從內(nèi)向外分別為 電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán) 。

1. 電流環(huán)：最內(nèi)的 PID 環(huán)就是電流環(huán)，此環(huán)完全在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部進(jìn)行，通過霍爾裝置檢

2.?速度環(huán)：通過檢測(cè)的電機(jī)編碼器的信號(hào)來進(jìn)行負(fù)反饋 PID 調(diào)節(jié)，它的環(huán)內(nèi) PID 輸出直接就是電流環(huán)的設(shè)定，所以速度環(huán)控制時(shí)就包含了速度環(huán)和電流環(huán)。

3. 位置環(huán)：它是最外環(huán)，可以在驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)編碼器間構(gòu)建也可以在外部控制器和電機(jī)編碼器或最終負(fù)載間構(gòu)建。

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審核編輯：黃飛

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