(整理)伺服控制中的一些问题

直流伺服电机的速度和位置控制原理是什么？

运动伺服一般都是三环控制系统，从内到外依次是电流环、速度环和位置环。1、首先电流环：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”，然后就是电流环的这个给定和“电流环的反馈”值进行比较，两者的差值在电流环内做PID调节，然后输出给电机，“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调节后的输出或者位置设定的前馈值，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，两者的差值在速度环做PID调节（主要是比例增益和积分处理）后的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值再经过“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计算，算出的数值再经过位置环的PID调节（比例增益调节，无积分微分环节）后输出，该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，它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、反馈都没有任何联系。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。

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。有差的含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，残差的具体值可以通过比例关系计算出。增加比例将会有效的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。

永磁同步电机伺服系统离不开对转子位置（或磁场）的检测和初始定位。只有检测到初始转子实际空间位置后，控制系统才能正常工作。如果不能精确计算出初始转子的位置，电机的起动转矩减弱，出现很大震动，且电机有暂时反向旋转的可能。准确可靠的转子初始位置检测装置（比如旋转编码器）是永磁同步电机伺服系统正常启动的必要条件。

系统第一次上电时，若检测到起动命令，首先检测U、V、W的电平状态，判断转子位于哪一区间，查表可获得转子磁极的位置，根据U，V，W 相的电平高低的组合就可知道转子的区间范围。

0-60° 60°-120° 120°-180° 180°-240° 240°-320° 320°-360°

U 1 1 1 0 0 0

V 0 0 1 1 1 0

W 1 0 0 0 1 1

可以利用定时器/计数器配合光电编码器的输出脉冲信号来测量电机的转速。具体的测速方法有M法、T法和M/T法3种。

M/T法的计数值M1和M2,都随着转速的变化而变化，高速时，相当于M法测速，低速时，M2=1，自动进入T法测速。因此M/T法的适用范围大于前两种，是目前应用广泛的一种测速方法。工作中，在固定的T时间内对光电编码器的脉冲计数，在第一个光电编码器上升沿定时器开始定时，同时开始记录光电编码器和时

钟脉冲数，定时器定时T时间到，对光电编码器的脉冲停止计数，而在下一个光电编码器的上升沿到来时刻，时钟脉冲才停止记录。采用M/T法既具有M法测速的高速优点，又具有T法测速的低速的优点。

伺服电机中的刚度参数和速度环闭环？怎么互相影响的，本质关系是什么？

对于多数伺服而言，刚度往往是多个闭环参数配合电机/系统特性的综合作用结果，与闭环增益，内部指令滤波时间常数，有着直接联系。

当然也有些伺服系统将刚度抽象出来，作为系统调整的目标参数，比如kollmogen 的某些伺服型号，既有传统的PID参数设置模式，也有刚度，频响等设置模式，这也许需要内部的算法转换或模型支持。

它是一个自动调整后系统自动提供出的一个值，但人为也可以改动。

关键是它自动调整完了，它会提供一个速度闭环的带宽（自动调整后）。

另，既然刚度是“是一个自动调整后系统自动提供出的一个值，但人为也可以改动”，那么该厂家的伺服算法模型应该不是传统的PID，至少也是经过转化的，否则没有直接的可供用户改动的刚度参数。

相对而言，刚度、阻尼的物理意义比P、I、D的物理意义明确。

Parker Compax3控制器就采用了刚度、阻尼作为调整量，其中刚度、阻尼的具体公式与P、I甚至负载惯量比、电机常数有关。之所以这样让客户直接调整刚度、阻尼，估计是基于其物理意义比P、I、D明确的因素。

PID参数都可以通过电机参数整定出来

伺服电机的惯量是什么意思？伺服电机的大惯量、中惯量、小惯量是什么意思？惯量就是惯性，如果工件在运动就会有惯量，伺服要停下来或是加速就需要克服这惯量才能动起来。惯量=速度*质量。

理论上说，系统惯量（包括伺服电机+负载）越大，响应时间越慢。

但是伺服电机的惯量是在设计的时候已经考虑过的。标称的响应时间也是考虑惯量以后的精度和响应时间。

对伺服电机而言，惯量就是转子的转动惯量，是伺服电机的一个重要参数，它决定伺服电机的加速和减速制动能力，

转动惯量：是用来表示转动或旋转物体的一种属性，就如同静止物体的质量一样。是一种物理量。转动惯量=转动半径*质量。距离转动轴越远则转动惯量也越大。伺服电机的大惯量、中惯量、小惯量就是惯性的大、中、小，各有各的用途，小惯量的高速往复性好，大惯量的本身惯量大，机床上用好点。

伺服电机需要惯量匹配，日系列10倍与电机惯量左右(不同品牌有差异)，欧系的20左右。一般来说欧系的惯量都小，因为他们电机做的是细长的。

我选的一款伺服电机的功率，扭矩，惯量都比额定负载的大1倍多左右，这时用PLC来控制伺服实现定位控制，对定位精度，响应速度有什么影响？

可以用吧，就是有点浪费，但是如果负载惯量比电机惯量大的话则不能大太多，，根据系统大小区别对待。

伺服的惯量大于负载的，当然没有什么问题了，这样定位精度才高，响应才快。

伺服电机的刚性有什么作用？伺服电机刚性过大，刚性不足，惯量过大，惯量不足，具体表现是怎样的？还有就是位置回路增益，速度回路增益，速度回路