伺服电机三环控制原理及MES-100控制模式

随着工业自动化程度的不断提高，伺服控制技术、电力电子技术和微电子技术的快速发展，伺服运动和控制技术也日趋成熟。作为一种高性能的测试手段，电机运动控制平台得到了广泛的应用，人们对伺服性能的要求也越来越高。

第一和第三环路控制原理

1.首先是电流回路，完全在伺服驱动器中进行。电机各相输出电流由霍尔器件检测，通过对电流设定值的负反馈进行PID调节，使输出电流尽可能接近设定电流。电流回路控制电机转矩，因此在转矩模式下，驱动器具有最小的操作和最快的动态响应。

2.第二个回路是速度回路，通过伺服电机编码器的检测信号进行负反馈PID调节，其回路中的PID输出直接是电流回路的设定值，因此速度回路控制包括速度皮回路和电流回路。换句话说，任何棋风都必须使用电流回路，这是控制的从动件。在速度和位置控制的同时，系统实际控制电流(转矩)，实现速度和位置的相应控制。

3.第三个环是位置环，是最外面的环。根据实际情况，它可以构建在驱动器和伺服电机编码器之间，或者外部控制器和电机编码器或最终负载之间。因为位置控制回路的内部输出是速度回路的设置，所以系统在位置控制模式下执行所有三个回路操作，此时系统具有最大的计算量和最慢的动态响应速度。

图1.1

t-family: "Microsoft yahei"; font-size: 18px;"> 二、影响控制的因素

1、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。

2、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。当进行位置模式需要调节位置环时，最好先调节速度环，位置环、速度环的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。

图 1.2

三、MES-100控制方式

1、MES-100运动控制平台由电机及加载系统、电机驱动程序调试系统、数据采集和电源系统组成。从电机到驱动构建出完整的硬件软件实验环境，提供全开放式的软硬件接口，具有丰富的可扩展性教学体验，可做电机识别，堵转，电机效率测试，电机参数测定，电机T-N曲线测试，电机运动控制及编码器矢量转矩，无感矢量速度分析等测试，测试结果如下图1.3。

2、伺服电机的速度和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的，如果对电机的速度和位置都没有要求可以采用恒转矩模式，可通过及时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可以通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。如果对位置和速度有一定的进度要求可以采用速度或位置模式，位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确认转动的角度，由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，行业应用比较广泛。