【轉載】關于伺服驅動優化的三個問答

使用一個電機A，不帶負載時，如果設置比例增益參數為0.3。通過帶有一定的彈性機構連接負載到該電機上，負載和電機的總慣量比空電機大，那么比例參數0.3會會顯得太大了，還是太小了呢？

由電機驅動的機械系統可以通過所謂的雙質點系統進行簡化描述。

這兩個載荷之間的連接，即耦合，由剛度（c）和阻尼（d）來進行描述。

圖 1?1 雙質點系統

在頻域中，系統具有以下頻率響應：

圖 2-2速度控制系統頻率響應

兩個不同的頻率，可以觀測到耦合到電機的負載。

• 零點
  

• 極點

過了零點頻率，相關負載與電機/系統解耦。這意味著，控制系統不可能在高于零點頻率驅動負載，從電機到負載的能量傳輸斷開。較低的線與較高的線相比，較低的級意味著的轉動慣量更大。

對于理想的雙質點系統，系統的總慣量可以通過鎖定轉子頻率(零點)的左側讀取到。在共振頻率右側，由于負載慣量已經解耦 – 對于控制系統來說只有電機慣量可見。

零點表明在這個頻率上存在比當前負載高的多的慣量。負載的運動非常消耗能量 - 它消除了電機的運動。

相反，極點表明似乎系統中存在非常小的慣量。在這種情況下，電機不必為了移動負載使用那么多的能量 – 負載“推動”電機。

通常會認為速度環的比例系統是正比于慣量大小的，但是由于彈性和雙質點系統的存在，系統會在特定頻率變得不穩定。

由于耦合的彈性，出現諧振頻率時，電機面對的慣量比電機本身慣量小得多。此時負載“推動”電機，因此則對應的Kp太大了。

帶上負載后機械方面可以增加電機與負載的連接剛性，控制方面可以通過電流環設定值濾波器來消除極點，或者設置合適的Kp來保證系統的穩定。

將一個負載懸掛在電機軸的側面，如果不進行閉環控制則受重力影響負載直接掉落。此時激活速度閉環，如果僅有比例控制生效，會產生什么現象呢？如果只有積分生效，則又會產生什么現象呢？

速度控制器是PI控制器。比例對應于與設定值有關的電機阻尼，積分器的積分時間就像一個彈簧。

速度控制器可以通過兩種策略進行優化：

• 干擾最佳

高控制器增益。電機跟隨設定值效果非常好。電機側擾動可以得到最佳補償，缺點是負載的連接剛度不足時容易震蕩。

如果連接剛度不足，電機側的編碼器“看不到”負載側發生的情況。

• 阻尼最佳

控制器故意設置為弱，以便控制器作為“彈簧”而不是電機：負載耦合振蕩。

但是，電機側的干擾（例如齒輪）可能會產生負面影響，會對負載側產生影響，因為控制器沒有完全抑制他們。

優化一般分兩步完成：

?比例增益優化（Kp）

?積分時間優化（Tn）

優化速度控制器增益，PI控制器的積分環節必須停用。

通過設置Tn = 0或設置很長的積分時間來完成，例如1000ms。在速度控制器增益Kp已經優化后，再進行積分時間的優化。

典型的目標是將比例增益系數設置得足夠高，以獲得機器動態要求，但同時保持控制環的穩定性。

如果只有控制器的P部分有效，負載仍會下降向下，但如同在粘性液體中，下降會產生阻尼效果，更大Kp增加更多的阻尼效果。

只有積分部分，負載僅在停止前下降到某個角度?？梢韵胂髲椈蓵艿綁嚎s，從而負載減速下降（當彈簧力=重量的扭矩時達到靜止）。積分時間越短，負載越快停止。如果移除負載，電機會“彈回”到初始位置。

外部負載轉動慣量與電機轉動慣量之比多少合適？

慣量比是用于評估系統動態特性的指標。

1.電機慣量越小，對于相同的負載從頻域角度看，導致震蕩的幅值增加：

2.電機的慣量越小，對于相同的負載從時域上看，超調的現象越嚴重：

3.電機不論慣量大小，在完成動態調整過程結束后，設定值和實際值趨于一致：

難以概括慣量比的通用的有效慣量比數值，因為根據電機連接剛度（轉子和機器軸）和所需的負載周期（加速/減速）而不同，慣量比必須針對每個特定應用而評估。

?在 機床加工設備中 適合的比值大約3 。 

?在 生產機器 領域的限制往往可以增加。

?特別是在純速度控制軸中，比例可以進一步提高。根據所需的負載周期，慣量比可以是 50：1，或者對于更低動態需求的應用中，甚至是 2000：1。