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  • 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、电流环:电流环的输入是速度环PID调节后的输出,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...

    原文:https://blog.csdn.net/sunjiajiang/article/details/8252026

     

    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、电流环:电流环的输入是速度环PID调节后的输出,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。

     

    进一步参考:伺服电机三环控制系统:https://blog.csdn.net/u013528298/article/details/80421244

     

     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)的变化速度来进行调节,而不要等到出现了很大的偏差后才开始动作,其实就是赋予了调节器以某种程度上的预见性,可以增加系统对微小变化的响应特性。

    5、PID综合作用可以使系统更加准确稳定的达到控制的期望。

           伺服的电流环的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

      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。

      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。

      位置环、速度环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。

      当进行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。

     

     

     

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  • 电流环、速度环、位置环的优化

    万次阅读 2018-09-25 19:37:13
    摘自《伺服与运动控制系统设计》 ...(需要注意的是,电流环的特性不是越硬越好,因为电流环的外层还有速度环和位置环,在速度控制器输出急剧调整状况下,过硬的电流特性导致系统不稳定。) 使...

    摘自《伺服与运动控制系统设计》

    “优化过程按照从外到内顺序。

    在伺服驱动中,电流环控制器的参数根据电机参数确定,包括电机额定电流、转矩常数等。而在电流环反馈通道中,用到电机模型里面涉及电机感抗和阻抗等参数。因此电机参数准确与否对电流环起着重要作用。(需要注意的是,电流环的特性不是越硬越好,因为电流环的外层还有速度环和位置环,在速度控制器输出急剧调整状况下,过硬的电流特性导致系统不稳定。)

    使用中需要大力调整的控制器是速度控制器。整定的原则是在保证系统稳定性的基础上,将动态性能调整到最好。一般速度环带宽在100-200Hz.

    对电流环和速度环优化后,需要整定位置环。多数场合系统默认都是比例控制。推荐方法是从小逐渐向大调整,直到满足定位精度要求。”

    转速调节器作用:

    1,转速跟踪转速指令。

    2,对负载变化起抗扰动作用。

    3,输出限幅决定电动机允许的最大电流。

    电流调节器作用:

    1,电流跟踪ASR输出指令。

    2,对电网电压波动起抗扰作用。

    3,保证获得电机允许的最大电流,加快动态过程。

    4,电机过载或堵转时,起快速自我保护功能。保障系统的可靠运行。

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  • 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 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...

    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

     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。

    1环是电流环,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环是速度环,通过检测的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含了速度环和电流环,换句话说任何模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环是位置环,它是最外环,可以在驱动器和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。

    一个位置随动PID控制系统,实际由三个PID控制系统环串联组成。三个环实际的名称:1、负反馈电流扭矩控制系统环由主电路上电流反馈。2、负反馈速度控制系统环由编码器脉冲分路,以前是测速电机电压负反馈。3、负反馈位置偏置随动系统环由脉冲编码器分路,以前是角相机反馈。

    如果只是1、只是个扭矩控制系统,而无法控制电机转速。1+2、速度稳定控制系统,但无法控制电机定位。1+2+3、它才是组成稳定的位置随动定位系统。

    要使电机位置定位稳定不发生震动,每个环中的比例与积分起着稳定决定性作用,而微分的决定了启动响应速度微调。

    调整顺序1---2---3、。参考自动控制原理!

     

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  • 速度环加位置环进行电机控制

    千次阅读 2015-01-30 10:19:00
    速度环加位置环进行电机控制 最近用电机做羽毛球拍挥拍, 总是出现超调. 于是了解一下 3个环 位置环是根据位置关系输出速度, 控制速度环, 速度环是负反馈调节速度. 在中断中 可以每50次...

    最近用电机做羽毛球拍挥拍,  总是出现超调.  于是了解一下 3个环


    位置环是根据位置关系输出速度,  控制速度环,  速度环是负反馈调节速度.  

    在中断中 可以每50次进行一次位置环,  保证速度调整稳定性, 


    附上TIM中断里的代码:

    			if(IT_Count%5==4)
    			{
    			speed = (speed_counter-Precount) * K_speed; //30;//0.4185267857;
    			Precount = speed_counter;
    			if(__fabs(A_ref-angle)<125 &&slow_flag==0)
    			{
    				speed_z=speed;
    				slow_flag=1;
    			}
    			
    			Speed_error = V_ref-speed;
    			pid_speed(Speed_error);
    			
    			
    			if(slow_flag)
    				d_amendv/=2.0;
    				
    			PWM_SetDuty(d_amendv);
    			
    			}
    			/* ÎÞµçÁ÷»·µÄλÖû· */
    			if(IT_Count==49)
    			{					
    				IT_Count=0;
    	  		Statement_Feedback();
    				Position_error=A_ref-angle;
    				pid_position(Position_error);
    				if(Angle_Flag==1)
    				{
    					if(Position_error>250)
    					{V_ref=V_Limit;}
    					else if(Position_error<-100)
    					{V_ref=-V_Limit;}
    					else
    					{
    						{pid_clear();}
    						
    						pid_position(Position_error);
    						if(p_amendv > V_Limit)
    							V_ref = V_Limit;
    						else if(p_amendv < -V_Limit)
    							V_ref = -V_Limit;
    						else
    						  V_ref=p_amendv;
    				  }
    					
    				}
    			}
    			else
    			{IT_Count++;}
    


    电流环为最内环,在数控机床的伺服系统中它主要起到提高系统的机械特性的作用。其反馈元件一般为电流互感器。  

    速度环在电流环外面,在数控机床的伺服系统中它主要起到控制转速的作用。其反馈元件一般为模拟测速机或编码器。  

    位置环在速度环的外面,在数控机床上就是数控系统的位置控制单元。其反馈元件一般为编码器、光栅尺、感应同步器、旋转变压器等

    数控的驱动由电流环,速度环和位置环组成的,其优化一般由里及外层层优化,但由于电流环的参数在电机和功率模块的型号确定后用厂家的默认参数即可, 一般不需要优化,故优化时先优化速度环,再优化位置环即可.  

    速度环的优化,一般涉及到速度环增益和速度环时间常数, 速度环时间常数越大和增益越低,速度环越稳定 ,但精度和动态特性越差,一般来说,速度环时间常数设在10ms左右, 而速度环增益调整在使速度环的阶约响应有20-40的超调.  

    位置环的优化涉及到位置环增益和加速度, 调整时先可以减少加速度值,再增加位置环增益值,保证系统稳定, 然后在适当增加加速度值,使之适应机床的机械特性,注意同一组的插补轴的位置环增益要一致,否则会影响加工精度  电流环和速度环属于伺服控制系统的内部双闭环控制。  

    位置环为数控机床位置控制环,通过数控系统和伺服系统共同控制,使伺服轴运动到数控系统指定的坐标,并在数控系统的屏幕上显示坐标值。  先将电流内环调稳,再调速度外环。  

        “电流在一个小的范围震荡,电机在低速时有一定振颤”——这个震荡误差带是多大?小范围的震荡是允许的。  

        有几句口诀可以供你调试参考:  

            PID常用口诀: 参数整定找最佳,从小到大顺序查,先是比例后积分,  

        最后再把微分加,曲线振荡很频繁,比例度盘要放大,曲线漂浮绕大湾,  

        比例度盘往小扳,曲线偏离回复慢,积分时间往下降,曲线波动周期长,  

        积分时间再加长,曲线振荡频率快,先把微分降下来,动差大来波动慢,  

        微分时间应加长,理想曲线两个波,前高后低4比1。 

    posted on 2015-01-30 10:19 rex686568 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

    转载于:https://www.cnblogs.com/Pomodori/p/4316630.html

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    万次阅读 多人点赞 2017-01-16 14:49:21
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空空如也

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