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　　汕頭abb伺服電機(jī)維修部介紹伺服電機(jī)PID三環(huán)對(duì)伺服控制的影響：

　　伺服電機(jī)普通為三個(gè)環(huán)控制，所謂三環(huán)就是 3 個(gè)閉環(huán)負(fù)反響PID調(diào)理系統(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)完好在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部中止，經(jīng)過霍爾裝置檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器給電機(jī)的各相的輸出電流，負(fù)反響給電流的設(shè)定中止 PID 調(diào)理，從而抵達(dá)輸出電流盡量接近等于設(shè)定電流，電流環(huán)就是控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的，所以在轉(zhuǎn)矩方式下驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)算最小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)**。

　　2. 速度環(huán)：經(jīng)過檢測(cè)的電機(jī)編碼器的信號(hào)來中止負(fù)反響 PID 調(diào)理，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)，換句話說任何方式都必需運(yùn)用電流環(huán)，電流環(huán)是控制的根本，在速度和位置控制的同時(shí)系統(tǒng)理論也在中止電流（轉(zhuǎn)矩）的控制以抵達(dá)對(duì)速度和位置的相應(yīng)控制。

　　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，要根據(jù)理論情況來定。由于位置控制環(huán)內(nèi)部輸出就是速度環(huán)的設(shè)定，位置控制方式下系統(tǒng)中止了一切 3 個(gè)環(huán)的運(yùn)算，此時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)算量**，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度也最慢。

　　（三）三環(huán)的增益調(diào)整

　　1. 首先電流環(huán)：電流環(huán)的輸入是速度環(huán) PID 調(diào)理后的那個(gè)輸出，我們稱為“電流環(huán)給定”吧，然后呢就是電流環(huán)的這個(gè)給定和“電流環(huán)的反響”值中止比較后的差值在電流環(huán)內(nèi)做 PID 調(diào)理輸出給電機(jī)，“電流環(huán)的輸出”就是電機(jī)的每相的相電流，“電流環(huán)的反響”不是編碼器的反響而是在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部安裝在每相的霍爾元件（磁場(chǎng)感應(yīng)變?yōu)殡娏麟妷盒盘?hào)）反響給電流環(huán)的。

　　2. 速度環(huán)：速度環(huán)的輸入就是位置環(huán) PID 調(diào)理后的輸出以及位置設(shè)定的前饋值，我們稱為“速度設(shè)定”，這個(gè)“速度設(shè)定”和“速度環(huán)反響”值中止比較后的差值在速度環(huán)做PID 調(diào)理（主要是比例增益和積分處置）后輸出就是上面講到的“電流環(huán)的給定”。速度環(huán)的反響來自于編碼器的反響后的值經(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（通常情況下，直接寫數(shù)據(jù)到驅(qū)動(dòng)器地址的伺服例外），外部的脈沖經(jīng)過平滑濾波處置和電子齒輪計(jì)算后作為“位置環(huán)的設(shè)定”，設(shè)定和來自編碼器反響的脈沖信號(hào)經(jīng)過傾向計(jì)數(shù)器的計(jì)算后的數(shù)值在經(jīng)過位置環(huán)的 PID 調(diào)理（比例增益調(diào)理，無積分微分環(huán)節(jié)）后輸出和位置給定的前饋信號(hào)的合值就構(gòu)成了上面講的速度環(huán)的給定。

　　位置環(huán)的反響也來自于編碼編碼器安裝于伺服電機(jī)尾部，它和電流環(huán)沒有任何聯(lián)絡(luò)，他采樣來自于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而不是電機(jī)電流，和電流環(huán)的輸入、輸出、反響沒有任何聯(lián)絡(luò)。而電流環(huán)是在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部構(gòu)成的，即使沒有電機(jī)，只需在每相上安裝模擬負(fù)載（例如電燈泡）電流環(huán)就能構(gòu)成反響工作。

　　（四）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，指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 控制把搜集到的數(shù)據(jù)和一個(gè)參考值中止比較，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)抵達(dá)或者堅(jiān)持在參考值。和其他簡(jiǎn)單的控制運(yùn)算不同，PID 控制可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的呈現(xiàn)率來調(diào)整輸入值， 這樣可以使系統(tǒng)愈加準(zhǔn)確，愈加穩(wěn)定。可以經(jīng)過數(shù)學(xué)的方法證明，在其他控制方法招致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過程反復(fù)的情況下，一個(gè)PID 反響回路卻可以堅(jiān)持系統(tǒng)的穩(wěn)定簡(jiǎn)單來說 PID 控制就是反響控制 經(jīng)過丈量關(guān)心的變量與希冀值比較，然后用這個(gè)誤差糾正調(diào)理控制系統(tǒng)。

　　（五）PID 各自對(duì)差值調(diào)理對(duì)系統(tǒng)的影響

　　1. 單獨(dú)的 P（比例）就是將差值中止成比例的運(yùn)算，它的顯著特性就是有差調(diào)理，有差的意義就是調(diào)理過程終了后，被調(diào)量不可能與設(shè)定值準(zhǔn)確相等，它們之間一定有殘差，殘差細(xì)致值可以經(jīng)過比例關(guān)系計(jì)算出。增加比例將會(huì)**減小殘差并增加系統(tǒng)響應(yīng)，但容易招致系統(tǒng)猛烈震蕩以致不穩(wěn)定。

　　2. 單獨(dú)的 I（積分）就是使調(diào)理器的輸出信號(hào)的變化速度與差值信號(hào)成正比，大家不難理解，假設(shè)差值大，則積分環(huán)節(jié)的變化速度大，這個(gè)環(huán)節(jié)的正比常數(shù)的比例倒數(shù)我們?cè)谒欧�系統(tǒng)里通常叫它為積分時(shí)間常數(shù)，積分時(shí)間常數(shù)越小意味著系統(tǒng)的變化速度越快，所以同樣假設(shè)增大積分速度（也就是減小積分時(shí)間常數(shù)）將會(huì)降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，直到**呈現(xiàn)發(fā)散的震蕩過程，這個(gè)環(huán)節(jié)**的好處就是被調(diào)量**是沒有殘差的。

　　3. PI（比例積分）就是綜合 P 和 I 的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用 P 調(diào)理快速抵消干擾的影響，同時(shí)應(yīng)用 I 調(diào)理消弭殘差。

　　4. 單獨(dú)的 D（微分）就是根據(jù)差值的方向和大小中止調(diào)理的，調(diào)理器的輸出與差值關(guān)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)成正比，微分環(huán)節(jié)只能起到輔助的調(diào)理作用，它可以與其他調(diào)理別離成 PD 和 PID調(diào)理。它的好處是可以根據(jù)被調(diào)理量（差值）的變化速度來中止調(diào)理，而不要等到呈現(xiàn)了很大的傾向后才開端動(dòng)作，其實(shí)就是賦予了調(diào)理器以某種程度上的預(yù)見性，可以增加系統(tǒng)對(duì)微小變化的響應(yīng)特性。

　　伺服的電流環(huán)的 PID 常數(shù)普通都是在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)定好的，操作運(yùn)用者不需求更改。

　　速度環(huán)主要中止 PI（比例和積分），比例就是增益，所以我們要對(duì)速度增益和速度積分時(shí)間常數(shù)中止適合的調(diào)理才干抵達(dá)理想效果。

　　位置環(huán)主要中止 P（比例）調(diào)理。

　　對(duì)此我們只需設(shè)定位置環(huán)的比例增益就好了。

　　位置環(huán)、速度環(huán)的參數(shù)調(diào)理沒有什么固定的數(shù)值，要根據(jù)外部負(fù)載的機(jī)械傳動(dòng)銜接方式、負(fù)載的運(yùn)動(dòng)方式、負(fù)載慣量、對(duì)速度、 加速度懇求以及電機(jī)本身的轉(zhuǎn)子慣量和輸出慣量等等很多條件來決議，調(diào)理的簡(jiǎn)雙辦法是在根據(jù)外部負(fù)載的情況中止大致閱歷的范圍內(nèi)將增益參數(shù)從小往大調(diào)，積分時(shí)間常數(shù)從大往小調(diào)，以不呈現(xiàn)震動(dòng)超調(diào)的穩(wěn)態(tài)值為**值中止設(shè)定。

　　當(dāng)中止位置方式需求調(diào)理位置環(huán)時(shí)，**先調(diào)理速度環(huán)（此時(shí)位置環(huán)的比例增益設(shè)定在閱歷值的最小值），調(diào)理速度環(huán)穩(wěn)定后，在調(diào)理位置環(huán)增益，適量逐步增加，位置環(huán)的響應(yīng)**比速度環(huán)慢一點(diǎn)，不然也容易呈現(xiàn)速度震蕩。

　　（六）增益調(diào)整的準(zhǔn)繩及留意事項(xiàng)

　　松下和三菱伺服都有自動(dòng)增益功用。通常下都應(yīng)該設(shè)置成自動(dòng)增益。不需求特別去調(diào)整了。但也有一些伺服需求手工調(diào)整。手工調(diào)整時(shí)需留意以下幾點(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。

　　簡(jiǎn)單講就是，在馬達(dá)中止的時(shí)分調(diào)整位置環(huán)，在馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)分調(diào)整速度環(huán)。

　　位置環(huán)增益，進(jìn)步位置響應(yīng)的速度，也就是說找到位置的快慢，增益越高抵達(dá)目的的時(shí)間越短，不是速度的關(guān)系，閉環(huán)系統(tǒng)在**定位終了的中央是個(gè)高速震蕩的過程，在目的值左近快速震蕩，**找到目的。增益高，這個(gè)震蕩終了就快，這個(gè)是伺服電機(jī)的重要性能指標(biāo)之一。

　　速度環(huán)增益當(dāng)然就是對(duì)應(yīng)速度，抵達(dá)目的速度的性能。

　　看起來增益是越高越好，理論操作不是這樣，伺服系統(tǒng)增益過高會(huì)帶來共振，產(chǎn)生龐大的噪聲，構(gòu)成電機(jī)猛烈的震動(dòng)。建議把增益調(diào)得盡量低。馬達(dá)就不會(huì)亂叫了。由于大部分人運(yùn)用伺服的時(shí)分，都不需求很高的響應(yīng)。只需求保證馬達(dá)不發(fā)作共振就行了。

　　過高的增益還會(huì)帶來超速，過載，過流等等的問題。由于理想的計(jì)算值與理論電機(jī)的才干還是有差距的， 包括電子元件的電流負(fù)荷才干和響應(yīng)才干等等。

資訊來源：汕頭羅克自動(dòng)化