为什么直流电机要用PID调速?

直接输入速度对应的pwm肯定是不现实的，因为忽略了最重要的一个因素就是负载变化。

实际上pwm控制的是电机的电流，而电流决定了电机的扭矩，也就是能够出多大的力。如果负载是10kg，需要保持1000转/分钟的速度，电机需要的电流是1A。那么当负载变为20kg的时候，还要保持1000转/分钟的速度，那么需要的电流可能是1.2A。

带来的一个问题是，需要做负载和电流关系的表格，控制的时候去查很多张表，并且做插值。即使这样可行，我们如何动态的知道电机的负载呢？人为去设置吗？而PID恰恰是提供了一种通用的控制方法，我们也不需要关心负载的质量，以及其变化，在一定范围内都可以自行调节。

直接控制带来的另外一个问题是，假设负载开始是静止的，现在需要到达1000转/分钟的速度，如果直接控制假设电流是1A，那么电机可能需要缓慢的爬升才能到达1000转/分钟，而PID可以调节速度，甚至开始时的电流非常大，让电机快速加速，等速度稳定之后，电流再控制在1A左右调节，PID的实时响应非常好。

 

1 三环原理

电机控制主要涉及电流环、速度环、位置环。

1 电流环

此环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流的设定进行PID调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电流环就是控制电机转矩的，所以在转矩模式下驱动器的运算最小，动态响应最快。

2 速度环

通过检测的伺服电机编码器的信号来进行负反馈 PID 调节，它的环内 PID 输出直接就是电流环的设定，所以速度环控制时就包合了速度环和电流环，换句话说任何形势都必须使用电流环，电流环是控制的根本，在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的相应控制。

3 位置环

它是最外环，可以在驱动器和伺服电机编码器间构建也可以在外部控制器和电机编码器或最终负载间构建，要根据实际情况来定。由于位置控制环内部输出就是速度环的设定，位置控制模式下系统进行了所有 3 个环的运算，此时的系统运算量最大，动态响应速度也最慢。

2 各环与PID控制

1 电流环重点在 PID（比例、积分和微分）

伺服的电流环的PID常数一般都是在驱动器内部设定好的，操作使用者不需要更改。

2.2 速度环重点在 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。

2.3 位置环重点在 P（比例）

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，zuihao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zuijia值进行设定。