电流环、速度环、位置环的优化

通常情况下，伺服系统由电流环、速度环以及位置环组成，3个闭环是由内到外互相包容的。也是就说，速度环包含电流环，而位置环又包含速度环。在极少数场合中，还会遇到只有位置环与电流环的情况，不过只是在特殊应用中。典型的三环控制回路如下图所示。

三环控制回路

在优化过程中，建议按照由内到外的顺序，即先优化电流环，再优化速度环，最后整定位置环参数。在伺服驱动中，电流控制器的参数是根据电机的参数确定的，包括电机的额定电流、转矩常数等。而在电流控制器的反馈通道上，用到电机的模型，里面涉及电机的感抗及阻抗等参数。因此说，电机参数的准确与否对电流环的参数起着重要的影响。

当用SinamicsS120对西门子电机进行控制时，仅仅需要核对电机的序列号，电流控制器参数会自动默认。如果用S120驱动第三方电机，就需要认真核对电机的每个参数，并需要对电机进行静态识别。对于电流环特性的衡量，可以通过伯德图来进行判断，通常情况下，电流环的带宽要求在1000Hz左右。需要注意的是，电流环的特性不是越硬越好，因为在电流环的外层还有速度控制环，在速度控制器输出的急剧调整状况下，过硬的电流环特性会导致系统不稳定。

使用过程中，需要大力调整的控制器是速度控制器，在对电流环进行整定的基础上，速度环的比例增益与积分时间是最关键的整定参数，也是使用最频繁的参数。根据控制器优化标准及方法，可以对速度控制器进行整定。整定的原则就是在保证系统稳定性的基础上，将动态特性调整到最高。一些高性能伺服驱动器为用户提供了自动优化的功能，自动优化的过程中需要测量电机与负载的惯量，对电流环参数进行识别，最后给出优化后的速度控制器参数。但是由于充分地考虑系统的稳定性，自动优化的结果都是比较保守的参数，因此用户可以在自动优化的基础上再对控制器参数进行手动调整。参考的依据是系统的伯德图或者是阶跃响应。一般情况下，要保证速度环的带宽在100～200Hz。

在对电流环与速度环进行优化之后，可以以一定的频率转动电机，检查其运行的平稳性。最后就是对于位置控制器的整定。对于位置控制器，多数场合系统默认的都是比例控制，没有积分与微分环节。对于比例增益，推荐的方式是从一个较小的值逐渐向大调整，直到满足系统定位精度的要求。