伺服系統(tǒng)是用來精確地跟隨或復現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)，主要任務是按控制命令的要求，使驅動裝置輸出的力矩、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)濟的許多部門,如自動機床、無線跟蹤控制等。

伺服系統(tǒng)應用廣泛，工控人要了解下面這五個注意事項！

一、三環(huán)的增益調整

1. 電流環(huán)：

電流環(huán)的輸入是速度環(huán) PID 調節(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”值進行比較后的差值，在電流環(huán)內做 PID 調節(jié)輸出給電機，“電流環(huán)的輸出”就是電機的每相的相電流。

2. 速度環(huán)：

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

“速度設定”和“速度環(huán)反饋”值進行比較后的差值在速度環(huán)做PID 調節(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尾部，和電流環(huán)沒有任何聯(lián)系，采樣來自于電機的轉動而不是電機電流。

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)和一個參考值進行比較，然后把這個差別用于計算新的輸入值， 這個新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達到或者保持在參考值。和其他簡單的控制運算不同，PID 控制可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調整輸入值， 這樣可以使系統(tǒng)更加準確，更加穩(wěn)定。

三、增益調整的原則及注意事項

一些品牌的伺服都有自動增益功能，但也有一些伺服需要手工調整，需注意以下幾點：

位置環(huán)是調整靜態(tài)增益的，速度環(huán)是調整動態(tài)增益的。

位置環(huán)增益，提高位置響應的速度，也就是說找到位置的快慢，增益越高達到目標的時間越短，不是速度的關系，閉環(huán)系統(tǒng)在最后定位結束的地方是個高速震蕩的過程，在目標值附近快速震蕩，最后找到目標。增益高，這個震蕩結束就快，這個是伺服電機的重要性能指標之一。

四、伺服電機的控制模式選擇

1. 轉矩控制 ：

轉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定電機軸對外的輸出轉矩的大小，具體表現(xiàn)為例如 10V 對應 5Nm 的話，當外部模擬量設定為 5V 時電機軸輸出為 2.5Nm:如果電機軸負載低于 2.5Nm 時電機正轉，外部負載等于 2.5Nm 時電機不轉，大于 2.5Nm 時電機反轉。

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動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。

3. 速度模式 ：

通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán) PID 控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。

位置模式也支持直接負載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加整個系統(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，在這個過程中，伺服本身的編碼器進行位置反饋給伺服，伺服自己進行偏差修正，伺服本身誤差可避免，但是機械誤差無法避免。

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、運動控制器、位置傳感器三者有機的結合在一起。

五、PID三環(huán)對伺服控制的影響

伺服電機一般為三個環(huán)控制，所謂三環(huán)就是 3 個閉環(huán)負反饋PID調節(jié)系統(tǒng)。從內向外分別為 電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán) 。

1. 電流環(huán)：最內的 PID 環(huán)就是電流環(huán)，此環(huán)完全在伺服驅動器內部進行，通過霍爾裝置檢

2. 速度環(huán)：通過檢測的電機編碼器的信號來進行負反饋 PID 調節(jié)，它的環(huán)內 PID 輸出直接就是電流環(huán)的設定，所以速度環(huán)控制時就包含了速度環(huán)和電流環(huán)。

3. 位置環(huán)：它是最外環(huán)，可以在驅動器和電機編碼器間構建也可以在外部控制器和電機編碼器或最終負載間構建。

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