伺服系统通常使用三种控制回路的组合:电流、速度和位置。速度控制回路有两个目的——它使系统能够响应不断变化的速度命令,它使系统能够抵抗高频负载干扰。但是速度环本身并不能保证系统在长时间内保持给定的位置。这就是为什么在级联结构中,速度控制环经常与位置控制环一起使用。
速度控制器通常是PI控制器,使用比例K副总裁,积分K6,增益,而位置控制器通常只使用比例增益Kp.(注意,当前控制通常是自动设置的,只有在极少数情况下才需要手动调整。)
概括一下以前的文章,成比例增加具有一个与误差成正比的值,并决定了用于克服误差的电压。比例增益与系统刚度有关。
积分增益随着时间的推移累积误差,并在移动结束时提供恢复力,将系统推到零误差点。
在级联控制循环中带宽内环的带宽应该是外环带宽的5 ~ 10倍,否则内环对外环的影响很小。最佳实践是首先调优最快的循环,所以在级联位置-速度循环中,我们从(内部)速度循环开始。
因为速度环是一个PI控制器,所以只有两个参数可以调优- k副总裁和K6.对于移动剖面,使用中等速度目标(不是应用程序将经历的最低或最高),但保持相对较高的加速率。这将放大系统响应的效果,使系统更容易调优。
要开始调整序列,增加速度比例增益(K副总裁)到超调发生之前的某个点.有时增加K值是有帮助的副总裁到超调点,然后向下调,直到超调消除。)现在增加速度积分增益(K6)直到出现少量超调(5%至15%).
在级联控制回路中,内回路的性能会影响下一个外回路的性能。本质上,内循环(速度)充当外循环(位置)的低通过滤器。
一旦速度控制回路被调优,控制器应该被设置为在位置模式下运行,位置回路可以被调优。从一个较低的位置增益值(Kp),然后慢慢地把它抬高,直到刚好出现超调.
现在速度和位置增益已经设置和稳定,增加目标速度并再次测试增益。如果需要调整它们,使增益适合整个应用的全速度范围。
重要的是要注意位置循环的输出是一个速度命令.它是这样工作的:由位置环路检测到的位置误差按位置增益K进行缩放p,以生成速度命令。速度命令被发送到速度环路,速度环路使用它来命令更多的扭矩,从而移动电机来纠正位置错误。
如果应用程序要求非常低的后续错误,可能需要添加前馈控制调优参数。速度前馈控制(Vff)采用了一种主动的方法,计算所需的速度以满足所需的位置,并将该值直接提供给速度控制回路,而不是允许控制回路等待位置误差发展。然而,使用速度前馈的缺点是位置环路的比例增益(Kp)必须降低,这降低了系统的刚度。
特写图片来源:国家仪器公司
了下:驱动(伺服)+放大器,运动控制•电机控制
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