伺服电机三环控制的原理（位置环，运动环，电流环）

伺服电机三环控制的原理（位置环，运动环，电流环）【转-CSDN】原文链接：https://blog.csdn.net/sunjiajiang/article/details/8252026

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位置环。

1、首先电流环：电流环的输入是速度环PID调节后的那个输出，我们称为“电流环给定”吧，然后呢就是电流环的这个给定和“电流环的反馈”值进行比较后的差值在电流环内做PID调节输出给电机，“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调节后的输出以及位置设定的前馈值，我们称为“速度设定”，这个“速度设定”和“速度环反馈”值进行比较后的差值在速度环做PID调节（主要是比例增益和积分处理）后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后的值经过“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的计算后的数值在经过位置环的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，他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。

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关键词：伺服电机，三环控制，位置环，运动环，电流环，PID调节，编码器，驱动器

文章大纲：
1. 介绍伺服电机的基本原理
2. 三环控制系统的概述
3. 位置环的工作原理和作用
4. 运动环的工作原理和作用
5. 电流环的工作原理和作用
6. PID调节在伺服电机中的应用
7. 编码器的作用和反馈
8. 电流环和编码器的区别和联系
9. 总结

一、引言
伺服电机是一种能够根据输入信号精确控制转速或位置的电机。它通过三环控制系统实现精准的运动控制。这三个环分别是位置环、运动环和电流环。

二、三环控制系统概述
三环控制系统通常由内到外依次为电流环、速度环和位置环。通过逐级控制，实现对伺服电机的精细控制。

三、位置环的工作原理和作用
位置环的输入是外部的脉冲信号，经过平滑滤波处理和电子齿轮计算后，作为位置环的设定。将设定值和来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差计数器的计算后的数值，再经过位置环的PID调节输出。位置环主要通过比例增益来调节位置给定和反馈值之间的误差，实现位置控制。

四、运动环的工作原理和作用
运动环的输入是位置环PID调节后的输出和位置设定的前馈值。将输入值与速度环反馈值进行比较后的差值，在速度环中进行PID调节，得到电流环的给定值。运动环主要通过比例增益和积分处理来调节速度给定和反馈值之间的误差，实现速度控制。

五、电流环的工作原理和作用
电流环的输入是速度环PID调节后的输出，称为电流环给定。在电流环中，将给定值与电流环反馈值进行比较，使用PID调节输出给电机。电流环的输出即为电机的每相相电流。电流环的反馈不是来自编码器，而是安装在每相的霍尔元件，将磁场感应变为电流电压信号反馈给电流环。

六、PID调节在伺服电机中的应用
PID控制是一种常用的控制方法，在伺服电机中也广泛应用。PID控制通过计算误差的比例、积分和微分项，调节控制变量，使得系统的输出能够快速稳定地达到期望值。在伺服电机中，PID调节被用于位置环、运动环和电流环中，通过调节比例增益、积分时间和微分时间来实现精确控制。

七、编码器的作用和反馈
编码器安装于伺服电机尾部，它的作用是对电机转动进行采样和计数，将转动角度转化为脉冲信号。编码器可以提供准确的反馈信息，帮助控制系统实时了解电机的位置和速度。通过对编码器信号的处理，可以实现更精确的控制。

八、电流环和编码器的区别和联系
电流环和编码器虽然都与伺服电机有关，但是它们的作用和反馈方式不同。电流环主要用于控制电机的电流，实现对电机的力矩控制。而编码器主要用于反馈电机的角度和速度信息，帮助控制系统实时了解电机的位置和速度。电流环和编码器在伺服电机控制中各自发挥着重要的作用，但彼此之间没有直接的联系。

九、总结
三环控制系统是伺服电机中常用的控制方法，通过位置环、运动环和电流环的协同作用，实现了对电机位置、速度和电流的精确控制。PID调节在伺服电机控制中发挥着重要作用，而编码器则提供了准确的反馈信息，帮助实时监测电机状态。了解伺服电机三环控制的原理和工作方式，对于设计和应用伺服电机控制系统具有重要意义。
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