位置伺服系统的闭环离散学习控制_王从庆
位置伺服系统的闭环离散学习控制
南京航空航天大学 王从庆
摘要:针对位置伺服系统的干摩擦,齿轮间隙等非线性影响,提出了一种闭环离散学习控制方法,给出了该方法的控制结构及收敛性条件。将该方法应用于一种双拇指型机械手的单关节位置控制,设计了基于8098单片机的机械手位置伺服系统闭环离散学习控制器。实验结果表明,在经过数次迭代学习后,闭环离散学习控制可使位置伺服系统达到良好的控制性能。
关键词:位置伺服系统 闭环离散学习控制 非线性 计算机控制
A Closed Loop Discrete Learning Control for Position Servo Systems
Wang Congqing
Abstract:Aim ing at nonlin ear effects of dry friction and gap betw een gears in servo s ystem s,a clos ed loop discrete learning control is pr esented.Its control architectu re an d convergent conditions are also given.Th e schem e is applied to position control of a single join t for a tw o thumbed robot hand.Based on an Intel8098single chip com puter,a closed learning controller of th e pos ition servo sys tem is designed.Th e experiment res ults show that this scheme is able to attain a good per formance for the pos ition s ervo systems after s ever al iter ative lear nings.
Keywords:pos ition s ervo system closed loop discrete learning control n onlinearity computer control
1 引言
现代伺服控制技术广泛应用于数控机床、工业机器人和飞行模拟转台等工业领域。由于在伺服系统的机械结构中,存在着干摩擦、齿轮间隙及滞后等非线性因素的影响,采用常规的PID控制方法,要实现高精度、无超调、宽频带和低速平稳的伺服控制非常困难,而采用前馈控制方法虽然在理论上可以消除由于干摩擦和齿轮间隙造成的静态误差。但在实际中,难以保持前馈控制方法的完全不变性。为了克服伺服系统中的非线性,人们提出了自适应控制、变结构控制等控制方法,然而这些控制方法都存在一定的不足。1984年,日本学者由本桌[1]提出一种迭代学习控制,该方法适用于模型不确定,系统参数经常变化的重复操作的被控对象,它利用控制系统先前的控制经验,通过记忆进行修正,逐步改善系统的性能。近年来,迭代学习控制方法已引起了人们的广泛兴趣。
本文在给出一种闭环离散学习控制方法的基础上,针对位置伺服系统中的非线性效应,设计了基于8098单片机的机械手位置伺服系统闭环离散学习控制器,给出了单关节控制的实验结果。
2 闭环离散学习控制方法
假定一个位置伺服系统的离散状态方程与输出方程描述为
X(k+1)=A X(k)+B U(k)+W(k)(1)
Y(k)=C X(k)(2)
图1 位置伺服系统闭环离散学习控制结构
R i(k)、V i(k)——第i次学习控制过程的反馈控制输入和学习控制输入 e i(k)=Y d(k)-Y i(k)
其中,X(k)∈R2n为位置伺服系统的角位移H 和角速度H
a构成的状态向量,即
X(k)=[H1,H2,…,H n,H a1,H a2,…,H a n]=[H T,H a T]T;U(k)∈R n为输入
41
向量;Y(k)∈R2n为输出向量;W(k)∈R2n为非线性扰动输入向量;A∈R2n×2n,B∈R2n×n,C∈R2n×2n,且A,B,C有界;k=kT,k=0,1,2,…,N(T——采样周期)。图1给出位置伺服系统闭环离散学习控制结构。
图1所示的闭环离散学习控制,应用于具有可重复性操作的被控对象时,需要满足如下的前提条件。
(1)采样时间为T,每次重迭代周期为N T。
(2)期望的输出Y d(k)预先给定,且是[0,kT]内的函数,其中k=0,1,…,N。
(3)每次系统的输出Y i(k)在采样点均可测。
(4)假定每次迭代过程中,非线性扰动量W i(k)可重复。
(5)每次迭代过程系统的初始状态相同。
在图1中,选择反馈控制律为
R i(k)=K e i(k)(3)其中,K=[K p K d]∈R n×2n为正定的反馈控制增益矩阵,且有
K p=diag(k p1,k p2,…,k pn)T k pi>0
K d=diag(k d1,k d2,…,k dn)T k di>0
选择学习控制律为
V i+1(k)=V i(k)+$V i(k+1)(4)
$V i(k+1)=Ge i(k+1)(5)其中,$V i(k+1)是学习控制的修正项,G=[G p G d]∈R n×2n为正定的学习控制增益矩阵,且有
G p=diag(g p1,g p2,…,g pn)T g pi>0
G d=diag(g d1,g d2,…,g dn)T g di>0
根据式(3)和式(4),则位置伺服系统的输入为U i(k)=V i(k)+R i(k) k=0,1,2,…,N
i=1,2, (6)
对于式(6)中的反馈控制律,在保证反馈控制稳定的前提下,可按常规的工程方法,选择反馈控制增益矩阵;而对于式(6)中的学习控制律,则要求在满足收敛性条件下,适当选择学习控制增益矩阵。因此,反馈控制与学习控制的设计可分别进行;学习控制作为一种有效的非线性补偿控制,随着学习次数的增加,可使系统的输出跟踪期望的给定值。
为了便于对闭环离散学习控制的收敛性分析,定义2n维向量X和2n×m维矩阵A的范数分别为
‖X‖=max?x i? X=(x1,x2,…,x n)
‖A‖=max{2?a ij?} A=(a ij)
对于离散位置伺服系统式(1)和式(2),e(?)的范数定义为
‖e(?)‖=sup
0≤k≤N
‖e(k)‖
假定C=I(I为单位矩阵),则有
e i(k+1)=Y d(k+1)-Y i(k+1)
=Y d(k+1)-A X i(k)-BU i(k)
-W i(k)
=Y d(k+1)-A[Y d(k)-e i(k)]
-B V i-1(k)-B K e i(k)
-B G e i-1(k+1)-W i(k)
=Y d(k+1)-A Y d(k)+A e i(k)
-B U i-1(k)+BK e i-1(k)
-B K e i(k)-B Ge i-1(k+1)
-W i(k)
=Y d(k+1)-A Y d(k)+A e i(k)
+A X i-1(k)-X i-1(k+1)
+W i-1(k)+B K e i-1(k)
-B K e i(k)-B G e i-1(k+1)
-W i(k)(7)由假设条件,在每次重复迭代过程中,非线性扰动量W i(k)重复出现,即W i(k)=W i-1(k),则有
e i(k+1)=e i-1(k+1)-A e i-1(k)+A e i(k)
+B K e i-1(k)-BK e i(k)
-B Ge i-1(k+1)
=(I-BG)e i-1(k+1)+(A-BK)
×[e i(k)-e i-1(k)](8)对上式两边取Z变换,整理后得
E i(Z)=[I-Z(ZI-A+BK)-1BG]E i-1(Z)
(9)式中,(ZI-A+BK)-1是闭环离散系统的特征方程。根据假设条件,闭环系统是稳定的,即A-BK 的特征值在单位圆内,对式(9)两边取范数,可得‖E i(Z)‖≤‖I-Z(ZI-A+BK)-1BG‖‖E i-1(Z)‖
(10)若选取
Q=‖I-Z(ZI-A+B K)-1BG‖<1(11)则有‖E i(Z)‖≤Q‖E i-1(Z)‖(12)根据Parserval等式[1],可得
‖e i(k)‖≤Q‖e i-1(k)‖(13)则
lim
i→∞
e i(k)=0
lim
i→∞
Y i(k)=Y d(k)
42
lim X i (k )=X d (k ) k =0,1,2,…,N 上述分析表明,在闭环系统设计中,若闭环系统是稳定的,则适当选择学习控制增益矩阵,可使系统的实际输出跟踪期望的给定值。
3 位置伺服系统闭环离散学习控制
器的设计与实现
3.1 闭环离散学习控制器设计
本文将闭环离散学习控制方法应用于一种双拇指型机械手的关节位置伺服控制[2]。该机械手共有14自由度,由8台Pittim an 型3A ,12V 伺服电机经过钢丝绳、护套、蜗轮蜗杆减速器和齿轮副驱动。因此在直流电机轴上、钢丝绳与护套之间、关节滑轮上以及减速器中存在着干摩擦和齿轮间隙等非线性。图2给出一种机械手的单关节位置
伺服系统计算机控制结构。
图2 位置伺服系统计算控制结构
H d ——工控机给定的关节角位移 H m ——电机输出的角位移
H j ——关节角位移 减速器的减速比=64
图2所示的机械手位置伺服系统采用了工控机与8098单片机构成两级计算机控制结构。闭环离散学习控制器以8098单片机为核心,利用8098单片机的高速输入、高速输出及PWM 控制功能,完成反馈信息的数据采集与闭环离散学习控制算法的实现。工控机与8098单片机通过串行通讯方式,实现主机与从机的双向数据通讯。主机通过串行通讯电路向从机发送关节控制命令,使机械手的各个关节协调运动,主机还可以通过串行通讯电路读取机械手各关节的位置、速度及驱动电流等反馈信息,绘制位置响应动态响应曲线。为了对机械手的各关节直流伺服电机进行实时控制,选择PCL -743串行接口卡来实现主机与从机之间的通讯联络,并采用异步通讯方式。通过对机械手位置伺服系统的分析,选择波特率为38400,则异步通讯方式可以满足各关节运动控制的实时性要求。8098单片机的串行口在异步通讯方式
下,12M Hz 晶振的工作频率时,最高的波特率为187.5kHz ,可以满足波特率38400的要求。PCL -743串行接口卡是以RS485/RS422通讯标准,其最高波特率为56000,所以也满足系统波特率38400的要求。
图2中,在机械手的伺服电机轴上采用HEDS-5000系列360R/P 增量式光学编码器。位置反馈信息由直流伺服电机轴上的光学编码器A 相与B 相输出经过整形电路后,A 相输出信号送入8098单片机的高速输入端HSI.1,用8098单片机的T 2计数器记录电机转过的脉冲数;再由
A 、
B 相信号组合,得到一个对应于电机正、反转的电平信号,并用8098单片机的H SI.2来记忆电机运行方向状态信息。对直流伺服电机电流的采集则是通过PWM 驱动电路中采样电阻上得到
的电流反馈电压,经电平变换后,送入8098单片机的10位A/D 输入通道。
在伺服系统中,选择了功率晶体管的PWM 驱动方式,这种方式能做到较高的开关频率,提高系统的速度响应,克服电机轴上的阻尼摩擦。当选择PWM 调制频率在15～20kHz 之间,可保证直流伺服电机运行时无蜂鸣噪音。工作在12kHz 晶振的8098单片机通过P 2.5端输出频率为16.
8kHz,占空比在0～1之间可调的PWM 脉冲序列。鉴于8098单片机的PWM 控制功能,系统设
计时将PWM 输出端P 2.5作为PWM 功率驱动电路的控制信号。3.2 软件功能
在位置伺服系统中,8098单片机对机械手的关节位置进行全数字控制。伺服系统控制软件采用模块化的程序设计方法,程序主要由初始化程序、软件定时中断服务程序和位置控制子程序组成,软件功能如下。3.2.1 初始化程序
对8098单片机内向量及位置、速度及电流软件中断定时时间。图3a 给出初始化程序框图。3.2.2 软件定时中断服务程序
对位置、电流反馈信号采样处理,完成位置、速度、电流控制。图3b 给出位置环软件定时中断服务程序框图。
3.2.3 位置闭环控制子程序
完成反馈控制算法和学习控制算法的计算。图3c 给出位置闭环控制子程序框图。图中n 为减速比。
43
图3 位置伺服系统计算机控制程序框图
(a )初始化程序框图
(b)位置环软件定时中断服务程序框图(c)
位置闭环离散学习控制软件子程序框图
图4 闭环离散学习控制位置响应曲线和位置误差曲线
(H d =1.3rad,K p =3,K d =1.5,G p =2,G d =0)(a )第1次迭代学习 (b )第4次迭代学习
3.3 实验结果
本文对机械手的一个单关节进行了位置闭环离散学习控制实验,位置环的采样周期为1ms,
图4给出了H
d =1.3rad 时的位置响应曲线和位置误差曲线。在每次迭代学习后,通过主机发送归
位命令使机械手恢复到原来的位置。实验结果表明,在经过4次迭代学习后,闭环离散学习控制方法可使位置伺服系统达到较高的控制精度要求。
4 结论
将闭环离散学习控制方法应用于机械手的位置伺服系统控制,设计了单关节闭环离散学习控制器,给出了位置伺服系统计算机控制的软硬件实现方案。理论分析和实验结果证明了这种方法的有效性和可行性。
参考文献
1 Arimoto S e t al .Learn ing Control Theory for Dynamical S ys-tems .Pr oc .of 24th Conf .on Decision an d Control 1985.2 原魁,王从庆等.一种双拇指手及其控制系统.高科技通讯,
1996,(3)
3 李勋,李新民.单片微型计算机.北京航空航天大学出版社,
1990
收稿日期:1998-11-16 修改稿日期:1999-02-
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伺服电机的三种控制方式
选购要点：伺服电机的三种控制方式 伺服电机速度控制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。具体采用什么控制方式要根据客户的要求以及满足何种运动功能来选择。接下来，松文机电为大家带来伺服电机的三种控制方式。 如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。 如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。 就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。 对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。 一般说驱动器控制的好不好，每个厂家的都说自己做的最好，但是现在有个比较直观的比较方式，叫响应带宽。当转矩控制或者速度控制时，通过脉冲发生器给他一个方波信号，使电机不断的正转、反转，不断的调高频率，示波器上显示的是个扫频信号，当包络线的顶点到达最高值的70.7%时，表示已经失步，此时的频率的高低，就能显示出谁的产品牛了，一般的电流环能作到1000Hz以上，而速度环只能作到几十赫兹。 换一种比较专业的说法： 1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm：如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。 应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。 2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。
闭环伺服系统稳定性研究
闭环伺服系统稳定性研究 摘要：在数控机床中，伺服系统是数控装置和机床的中间联接环节，是数控系统的重要组成部分、伺服系统接受来自伺服控制器的进给脉冲，经变换和放大后转化为机床工作台的位移，使工作台跟随指令脉冲移动、本文讨论了伺服数控系统的数学模型，对闭环伺服系统的稳态性能进行了详细分析、同时给出了实验结果，设计了实物样机，该研究结果为伺服系统的稳定性能分析提供理论基础、 关键词：伺服；数控机床；伺服电机；稳定性能 0 引言 从控制论观点出发，对数控系统的技术要求可归纳为：①滚珠丝杠机械平台的精度要求具有摩擦阻力小、传动效率高、运动灵敏、无爬行现象，可进行预紧使其具备无间隙运动，传动刚度高，反向时无空程死区等特点、②由于数控机床的速度和精度等技术指标，在很大程度上由伺服系统的性能所决定、因此，研究伺服系统的稳态性能十分重要、 从控制论可知，高阶系统过渡过程的数学表达式是由一些指数项和衰减正弦项组成、如果在这些表达式中，有一些项的影响很小，可以将其忽略，则这个系统就可以用一个低阶系统来近似、在工程上，通常把高阶系统近似于一阶系统或二阶系统，我们把数控机床位置伺服系统简化为典型的二阶系统、本文将应用控制系统的分析方法来讨论数控机床位置伺服系统的稳态性能指标、
1 伺服数控系统的数学描述 对伺服系统的数学描述，实际上就是首先建立系统中各个环节的传递函数，然后求出整个系统的传递函数、这里以伺服控制数控机床为例，推导出其机械结构传递函数、 图1为数控机床的结构简图，输入为电机的转角θ，输出为工作台的位移L X 、图中1J 、2J 和1K 、2K 分别为电机轴及丝杠轴上的转动 惯量和扭转刚度；m 为工作台质量、f 为导轨运动的粘性阻尼系数、0K 为丝杠螺母副的综合拉压刚度；i 是齿轮减速比，1>i 、 图1 数控机床的结构简图 在综合考虑传递链的刚性和阻尼后，可得到如下输入、输出的微分方程式： θπL K i s X K dt dX f dt X d J L L L L L L ?=++22 （1） 式中：L J ——折算到丝杠轴上的总惯量； L f ——折算到丝杠轴上的导轨粘性阻尼系数； L K ——折算到丝杠轴上的机械传递装置总刚度； S ——丝杠导程、 设机械传动装置的传递函数为)(s G L ，
DDC单回路PID闭环控制系统的设计及实时仿真课程设计报告
课程设计(综合实验)报告 ( 2011-- 2012 年度第二学期) 名称：过程计算机控制系统 题目：DDC单回路PID闭环控制系统的设计及实时仿真院系：控制与计算机工程学院 班级： 学号： 学生： 指导教师：朱耀春 设计周数：一周 成绩：
日期：2012 年 6 月20 日
一、 课程设计的目的与要求 1.设计目的 在计算机控制系统课程学习的基础上，加强学生的实际动手能力，通过对DDC 直接数字闭环控制的仿真加深对课程容的理解。 2.设计要求 本次课程设计通过多人合作完成DDC 直接数字闭环控制的仿真设计，学会A/D 、D/A 转换模块的使用。通过手动编写PID 运算式掌握数字PID 控制器的设计与整定的方法，并做出模拟计算机对象飞升特性曲线，熟练掌握DDC 单回路控制程序编制及调试方法。 二、 设计正文 1.设计思想 本课程设计利用Turboc2.1开发环境，通过手动编写C 语言程序完成PID 控制器的设计，A/D 、D/A 转换，绘出PID 阶跃响应曲线与被控对象动态特性曲线。整个设计程序模块包含了PID 配置模块，PLCD-780定时采样、定时输出模块，PID 手/自动切换模块（按键控制）及绘图显示模块。 设计中，通过设定合理的PID 参数，控制PLCD-780完成模拟计算机所搭接二阶惯性环节数据的采集，并通过绘图程序获得对象阶跃响应曲线。 2. 设计步骤 （1）前期准备工作 (1.1)配备微型计算机一台，系统软件Windows 98或DOS (不使用无直接I/O 能力的NT 或XP 系统), 装Turbo C 2.0/3.0集成开发环境软件； (1.2)配备模拟计算机一台(XMN-1型), 通用数据采集控制板一块（PLCD-780型）； (1.3)复习Turboc2.0并参照说明书学习PLCD-780的使用 （2） PID 的设计 (2.1)PID 的离散化 理想微分PID 算法的传递函数形式为：??? ? ??++=s T s T K s G d i p 11)( 采用向后差分法对上式进行离散，得出其差分方程形式为： u[k]=u[k-1]+q0*e[2]+q1*e[1]+q2*e[0]; 其中各项系数为： q0=kp*(1+T/Ti+Td/T); q1=-kp*(1+2*Td/T);
步进电机闭环控制系统方案
几种典型的步进电机闭环控制系统 工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点，给出了几种典型的闭环控制系统，并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。 【叙词】步进电机闭环系统／高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一，是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展，步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中，是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下，步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制，控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点，使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。 但是，步进电机的开环控制无法避免步进电动机本身所固有的缺点，即共振、振荡、失步和难以实现高速。另一方面，开环控制的步进电动机系统的精度要高于分级是很困难的，其定位精度比较低。因此，在精度和稳定性标准要求比较高的系统中，就必须果用闭环控制系统。 步进电动机的闭环控制是采用位置反馈和（或）速度反馈来确定与转子位置相适应的相位转换，可大大改进步进电动机的性能。 在闭环控制的步进电机系统中，或可在具有给定精确度下跟踪和反馈时，扩大工作速度围，或可在给定速度下提高跟踪和定位精度，或可得到极限速度指标和极限精度指标。步进电动机的闭环控制性能与开环控制性能相比，具有如下优点： a．随着输出转矩的增加，二者的速度均以非线性形式下降，但是，闭环控制提高了矩频特性。 b．闭环控制下，输出功率／转矩曲线得以提高，原因是，闭环下，电机励磁转换是以转子位置信息为基础的，电流值决定于电机负载，因此，即使在低速度围，电流也能够充分转换成转矩。 c．闭环控制下，效率一转矩曲线提高。 d．采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制，步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f．闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步通过某个路径间隔的时间得出： 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g．应用闭环驱动，效率可增到7.8倍，输出功率可增到3.3倍，速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此，在可靠性要求很高的位置控
闭环控制系统的工作过程与方式
闭环控制系统的工作过程与方式 闭环控制系统的工作过程与方式 一、教学目标 1.知识与技能 （1）了解闭环控制系统的基本组成和工作过程，了解方框图的基本构成。 （2）熟悉闭环控制系统在日常生活中的应用。 2.过程与方法 （1）通过制作自动抽水控制系统，亲自探究、体验闭环控制系统的工作过程与方式，提高动手实践及分析问题的能力。 （2）通过比较分析，逐步形成理解和分析闭环控制系统的一般方法，提高自主学习的能力。 3.情感态度与价值观 （1）通过对闭环控制系统制作与探究，养成善于探索，敢于创造的优良品质。 （2）利用所学知识解决生活中的技术问题，激发学习兴趣，引发探究欲望，提高学习的自信心。 二、教学重点 理解闭环控制系统的基本组成及工作过程 三、教学难点
1.水位检测抽水控制系统的制作 2.闭环控制系统的基本组成及工作过程 四、教学方法 讲授法、逆推分析法，探究法，讨论法，任务驱动法 五、设计思想 1.教材分析 本课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第二节“控制系统的工作过程与方式”。在学生学习了开环控制系统的基础上学习闭环控制系统的。上节课学生已经学习了开环控制系统，对系统的基本组成和工作过程已经了解，这节课主要是让学生接触闭环控制系统，在探究、对比、分析中掌握闭环控制系统的相关知识。通过本节课学习，能培养和提高学生的技术素养，激发学生学习技术的兴趣，能切身体会生活中的技术以及技术在生活中的应用。 2.学情分析 学生已经学习了开环控制系统的基础知识和系统、控制等基本概念，学会用系统方框图表达开环控制系统的工作过程，具有观察和使用简单控制系统的生活体验，这些已知知识和经验为教学中提供了条件，同时也为本节顺利进行闭环控制系统的学习提供了可能。 3.教学策略
伺服控制系统(设计)
第一章伺服系统概述 伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。在伺服系统中，输出量能够自动、快速、准确地跟随输入量的变化，因此又称之为随动系统或自动跟踪系统。机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。 近年来，随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高，伺服技术已迎来了新的发展机遇，伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步电机、感应电机为伺服电机的新一代交流伺服系统。 目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性制造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。 1.1伺服系统的基本概念 1.1.1伺服系统的定义 “伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作，即控制信号到来之前，被控对象时静止不动的；接收到控制信号后，被控对象则按要求动作；控制信号消失之后，被控对象应自行停止。 伺服系统的主要任务是按照控制命令要求，对信号进行变换、调控和功率放大等处理，使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。
1.1.2伺服系统的组成 伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它由检测部分、误差放大部分、部分及被控对象组成。 1.1.3伺服系统性能的基本要求 1）精度高。伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。 2）稳定性好。稳定是指系统在给定输入或外界干扰的作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。 3）快速响应。响应速度是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。 4）调速范围宽。调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。 5）低速大转矩。在伺服控制系统中，通常要求在低速时为恒转矩控制，电机能够提供较大的输出转矩；在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。 6）能够频繁的启动、制动以及正反转切换。 1.1.4 伺服系统的种类 伺服系统按照伺服驱动机的不同可分为电气式、液压式和气动式三种；按照功能的不同可分为计量伺服和功率伺服系统，模拟伺服和功率伺服系统，位置
《闭环控制系统》教案分析
《闭环控制系统》教案分析 一.开环和闭环控制系统的定义分析 二.开环和闭环控制系统的区别及判断方法 三.闭环控制系统的方框结构及与实际系统的对应关系 四.闭环控制系统的各部分结构的基本概念的归纳总结 五.开闭环,自动和手动控制系统的总结 问题研讨1: .人开电灯的控制方式 问提研讨:人打开电灯开关后,不看电灯是否亮不亮,这是一种什么控制? 人打开电灯开关后,要看电灯是否亮不亮,如不亮,要多次开关电灯,甚至检修开关,直到开亮为止,这是一种什么控制? 2.人开汽车 人手握方向盘开汽车是什么控制方式? 人两手离开方向盘去发手机短信,有拐弯时,或有情况时手再扶方向盘,这种开汽车方式是什么控制方式? 问提研讨2: 自动控制系统是否一定是闭环控制? 举例说明之 按照控制的总定义,是否有人参加的控制 系统一定是闭环控制系统?
开环控制系统一定没有检测,反馈回路吗? 水箱水位自动控制系统中,被控对像是水箱吗? 现在有些教材中出现“输出量”的概念,它是什么?它等于被控量吗? 一.开环和闭环控制系统的定义分析 例1. 飞镖（图4-7）是同学们都很熟悉的运动。我们在投掷飞镖时，首先会在脑子里确定一个希望射中的目标，然后再根据场地的情况及自己的经验，控制手臂的投掷动作，将飞镖掷出。显然，在飞镖掷出后，飞镖的飞行就不可控制了，能否命中目标，取决于飞镖在投掷时的初始状态，即投掷者的投掷水平。 实际上，如果我们希望某一事物按照自己的意愿发展，就要对其进行干预，这种根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制。 二.开环和闭环控制系统的区别及判断方法 开、闭环控制的定义 能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制的系统，称为闭环控制系统。而不是将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统，称为开环控制系统。系统中将控制的结果反馈回来的部分，称为反馈环节。闭环控制系统都有反馈环节，所以有时又称闭环控制系统为
《开环控制和闭环控制》教学设计
《开环控制和闭环控制》教学设计 一、教材分析 本节内容是粤科版《技术与设计2》第四章“控制与设计”的第一节。本节是针对“控制与设计”的了解性内容，是学习全章的导入和基础。让学生通过体验控制过程，了解控制的含义，体验如何进行控制，并对开环控制和闭环控制有一个基本的认识，同时能够感受控制与生活生产的密切关系。 二、学生分析 学生通过对《技术与设计2》中，前面三个专题“结构与设计”、“流程与设计”、“系统与设计”的学习，已经有了一定的技术素养，能够联系生活，在实践中区体验控制的重要。本节课内容相对比较简单，主要是激发学生对控制及其设计的兴趣，引起他们的重视，激发他们的学习热情，初步掌握控制中的思想和方法。 学生在前期学过一些开源硬件arduino的硬件知识和Mixly图形化编程软件的使用，为了让学生更好的理解开环控制和闭环控制的控制过程以及两者的区别、优缺点设计了运用arduino智能小车套件和Mixly图形化编程软件学生采用开环控制控制小车走S型路线而老师采用闭环控制然后进行PK的体验活动。 本节课主要是三个学习内容：控制的含义、开环控制和闭环控制、手动控制和自动控制。由于开环控制和闭环控制学生在生活中有遇到但很少听到，且比较复杂难以区分，而手动控制和自动控制学生在生活中经常遇到听得也比较多，比较容易区分，所以本节课将开环控制和闭环控制作为教学重点，用比较多的时间进行学习、体验和讲解，而将手动控制和自动控制放在控制系统的组成和描述一起学习。 三、教学目标 (一)知识与技能 1.理解控制的含义及其在生产生活中的应用； 2.了解开环控制和闭环控制并理解他们的区别，学生学会用简易的方框图简单的开环、闭环控制系统的基本组成和简单工作过程； 3.能利用开环控制和闭环控制的区别正确判断生产、生活中常见控制实例的类别； 4.理解开环控制和闭环控制的优缺点。 (二)过程与方法 通过案例分析，体验控制在生产生活中的应用。 (三)情感态度价值观 1.通过介绍控制案例和亲身体验控制，使学生对控制技木产生巨大熱情； 2.在学生小组讨论、合作学习中培养团队协作的能力。 四、教学重难点 重点：理解控制的含义，开环控制和闭环控制。 难点：1.理解控制反馈的概念。 2.开环控制与闭环控制的正确判断 五、教学策略 为了让学生更好的理解控制的含义，重点介绍了控制的三要素并增加了一些堂上练习。在学习开环控制和闭环控制时，为了学生更好的理解开环控制和闭环控制以及他们的区别，老师设计了两个体验活动：第一个是学生采用开环控制控制小车走S型路线而老师采用闭环控制然后进行PK，巡线任务也是机器人比赛中经常出现的任务，也比较有趣和有挑战性，也很少见到其他老师将其引入到控制系统的教学中，而且巡线可以通过开环控制和闭环控制实现，巡线效果区别也很明显，我将其引入教学中可以让学生更好的理解两种控制的区别和优缺点；第二个是蒙眼睁眼画人脸的小游戏，这个小游戏可以活跃课堂气氛，也比较生活化贴近学生生活，对应两种不同控制，区别也很明显。通过这两个活动，学生可以更深刻的认识到两种控制的区别以及控制过程，有助于学生对开环控制和闭环控制的正确分辨，能较好的突破难点。
双闭环控制系统设计
双闭环控制系统设计 课程设计报告 电力拖动自动控制系统课程设计 题目：双闭环控制系统设计学生姓名：董长青专业：电气自动化技术专业班级： Z070303 学号： Z07030330 指导教师：姬宣德 日期：2010年03月10日 随着现代工业的发展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得 到了越来越广泛的认同与应用。相对于单闭环系统中不能随心所欲地 控制电流和转矩的动态过程的弱点。双闭环控制则很好的弥补了他的 这一缺陷。 双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而获得 良好的静，动态性能。其良好的动态性能主要体现在其抗负载扰动以 及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有 必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究。本次课程设计目的就是 旨在对双闭环进行最优化的设计。 Summary With the development of modern industry, in the speed area, the concept of dual-loop control has been increasingly widespread recognition and application. Relative to the single closed-loop system can not arbitrarily control the dynamic
process of current and torque weakness. Double closed-loop control is very good to make up for this shortcoming of his. Double-loop speed and current control can achieve the difference of two negative feedback effect, thus get a good static and dynamic performance. The good dynamic performance mainly reflected in its anti-disturbance and anti-grid load over voltage disturbance. Precisely because of the many advantages of Double Closed Loop, so here it is necessary to optimize the design of its depth discussion and study. This course is designed to designed to optimize the double loop design. 一．课程设计设计说明书4 1.1系统性能指标 1.2整流电路4 1.3触发电路的选择和同步5 1.4双闭环控制电路的工作原理6 二. 设计计算书7 2.1整流装置的计算7 2.1.1变压器副方电压7 2.1.2变压器和晶闸管的容量8 2.1.3平波电抗器的电感量8 2.1.4晶闸管保护电路9 2.2 控制电路的计算10
步进电机闭环控制系统
步进电机闭环控制系统
几种典型的步进电机闭环控制系统 哈尔滨工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点，给出了几种典型的闭环控制系统，并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。【叙词】步进电机闭环系统／高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一，是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展，步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中，是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下，步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制，控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点，使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。
c．闭环控制下，效率一转矩曲线提高。 d．采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制，步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f．闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步内通过某个路径间隔的时间得出： 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g．应用闭环驱动，效率可增到7.8倍，输出功率可增到3.3倍，速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此，在可靠性要求很高的位置控制系统中，闭环控制的步进电动机将获得广泛应用。3编码器形式的步进电动机阕环控制系统步进电机的闭环控制最早是采用编码器的形式，图1是其原理示意图。初始状态，系统受一相或几相激磁而静止。开始工作后，先把目标位置送入减法计数器；然后，“起动”脉冲信号加到
Buck电路闭环控制策略研究
编号 南京航空航天大学 电气工程综合设计报告题目Buck电路闭环控制策略研究 学生姓名班级学号成绩 张潼0311205 031120505 杨岚0311205 031120508 何晓微0311201 031120110 龚斌0311206 031120631 李博0311205 031020519 学院自动化学院 专业电气工程及其自动化 指导教师毛玲 二〇一五年一月
Buck电路闭环控制策略研究 摘要 首先，本文对Buck电路的3种闭环控制策略进行了原理分析，比较，并对Buck主功率级电路进行了原理分析和建模，最后完成主电路的参数设计。 其次，本文详细阐述了V2控制工作原理，推导V2控制环的传递函数，并且建立小信号模型，对控制器进行优化设计。最后使用SABER2007对BUCK电路的V2控制电路进行了时域频域仿真。 关键词：Buck电路，V2控制
目录 摘要 (i) Abstract ...................................................................................................... 错误！未定义书签。第一章概述......................................................................................................................... - 1 - 第二章Buck变换器控制方法简介……………………………………………………… 2.1电压型控制………………………………………………………………………………. 2.2电流型控制……………………………………………………………………………… 2.3 V2控制…………………………………………………………………………………… 第三章Buck变换器原理分析及建模……………………………………………………. 3.1 Buck 变换器传递函数…………………………………………………………………. 3.2Buck电路的边界条件……………………………………………………………………3.3主功率电路的参数设计……………………………………………………………….. 第四章V2控制电路分析及设计……………………………………………………….. 4.1V2控制原理分析 4.2 V2控制的buck变换器小信号模型 4.3V2控制器优化设计 第五章电路仿真………………………………………………………………………… 5.1V2控制策略频域仿真 5.2时域仿真电路和仿真波形
5.2 闭环电子控制系统的设计与应用(1)
如图所示是JN6201集成电路鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理图完成1~3题。 1.该电路图作为控制系统的控制（处理）部分是IC JN6201，当JN6201集成输出9脚长时间处于高电平，三极管V2处于截止状态，继电器释放，电热丝通电加热。 2.安装好调试时，先将温度传感器Rt1放入37℃水中，调整电位器Rp1，使继电器触点J-2吸合，再将温度传感器Rt2放入39℃水中，调整Rp2，使继电器触点J-2释放。 3.调试时发现，不管电位器Rp1和Rp2怎么调，继电器J 始终吸合，检查电路元器件安装和接线都正确，用万用表测三极管V2集电极电位，在不同的调试状态分别为2.8V 和0V ，可知电路发生故障的原因是（ B ） A.二极管V6内部断路 B.三极管V3内部击穿（短路） C.电阻R4与三极管V3基极虚焊 D.继电器线圈内部短路 如图所示是运算放大器鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理完成4~6题。 4.该电路作为控制系统的输出部分是继电器J 、电热丝等，当电路中集成运放2脚的电位低于3脚的电位，三极管V3处于饱和状态，继电器J 吸合，电热丝通电加热。 上限 V2饱和导通时候Uce 电压降0.2V ，所以留下来给集电极2.8V ，截止时候0V
5.安装好后调试时，将温度传感器Rt 放入39℃水中，调R4，使电压U2=U3，集成运放输出端6脚的电压为0V ，电路实现39℃单点温度控制。 6.调试时发现，将温度传感器Rt 放入高于39℃水中，继电器吸合；将温度传感器Rt 放入低于39℃水中，继电器释放，出现该故障现象的原因可能是（ A ） A.集成运放2脚与3脚接反 B.二极管V4接反 C.电阻R2断路 D.三极管V3损坏 如图所示是晶体管组成的水箱闭环电子控制系统电路，根据该原理图完成7~9题。 7.该电路作为控制系统被控对象的是水箱内的水，水箱的水位从a 点降到b 点的过程中，三极管V1处于饱和状态，三极管V2处于截止状态，继电器触点J-1处于吸合状态。 8.安装调试时，将三个水位探头按图中的高低放入空玻璃杯中，如果电路正常，电路通电后，继电器J 吸合；向玻璃杯中加水，到达a 点时，继电器J 释放；接着将玻璃杯中的水排出，水位降到b 点以上时，继电器J 释放；水位降到b 点以下时，继电器J 吸合。 9.调试时发现，玻璃杯中的水位在b 点以下时，继电器J 就吸合；水位加到b 点，继电器J 就释放。出现该故障现象的原因是（ D ） A.继电器J 没用 B.三极管V1损坏 C.二极管V3接反 D.电路没接J-1触点，b 点直接接到了电阻R1 如图所示是555集成电路组成的水箱水位闭环电子控制系统电路图， (第4~6题) (第7~9题) R4 10k ?R5 4.7k R3 4.7k
伺服系统中的位置检测元件
?关键词：伺服系统位置检测元件感应同步器 ?摘要：位置伺服系统的位置控制是将插补计算的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电机。而实际反馈位置的采集，则是由一些位置检测装置来完成。这些检测装置有旋转变压器、感应同步器、脉冲编码器、光栅、磁栅等。 1.位置检测元件的要求和种类 位置伺服系统的位置控制是将插补计算的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电机。而实际反馈位置的采集，则是由一些位置检测装置来完成。这些检测装置有旋转变压器、感应同步器、脉冲编码器、光栅、磁栅等。 对于采用半闭环控制的位置伺服系统，其闭环路内不包括机械传动环节，它的位置检测装置一般采用旋转变压器，或高分辨率的脉冲编码器，装在进给电机或者丝杠的端头，旋转变压器(或脉冲编码器)每旋转一个角度，都严格对应着运动机构移动的一定距离。测量了电机或丝杠的角位移，也就是间接测量了运动机构的直线位移。 对于采用闭环控制系统的位置伺服系统，应该直接测量工作台的直线位移，可采用感应同步器、光栅、磁栅等测量装置。由工作台直接带动感应同步器的滑动尺度的同时，与装在机床床身上的定尺配合，测量出工作台的实际位置。 可见，位置测量装置是位置伺服系统的重要组成部分。它的作用是测量位移和速度，发送反馈信号，构成闭环或半闭环控制。数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定。 位移检测系统能够测量的最小位移量称为分辨率。分辨率不仅取决于检钡4元件本身，也取决于测量线路。位置伺服系统对检测装置的主要要求如下： (1)高可靠性和高抗干扰性. (2)满足精度和速度要求. (3)使用维护方便，适合机床运行环境. (4)成本低。 2. 感应同步器 感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理组成的。可用来测量直线或转角位移。测量直线位移的称长感应同步器，测量转角位移的称圆感应同步器。 长感应同步器由定尺和滑尺组成，如图10．10所示。圆感应同步器由转子和定子组成。这两类感应同步器是采用同一的工艺方法制造的。一般情况下。首先用绝缘粘贴剂把钢箔粘牢在金属(或玻璃)基板上，然后按设计要求腐蚀成不同曲折形状的平面绕组。这种绕组称为印制电路绕组。定尺和滑尺、转子和定子上的绕组分布是不相同的。在定尺和转子上的是连续绕组，在滑尺和定子上的则是分段绕组。分段绕组分为两组，布置成在空间相差90。相角，又称为正、余弦绕组。感应同步器的分段绕组和连续绕组相当于变压器的一次侧和二次侧线圈，利用交变电磁场和互感原理工作。 安装时，定尺和滑尺、转子和定子上的平面绕组面对面地放置。由于其阔气隙的变化要影响到电磁耦合度的变化，因此气隙一般必须保持在(0.25~0．05)mm的范围内。工作时，如果在其中一种绕组上通以交流激励电压，由于电磁耦合，在另一种绕组上就产生感应电动势，该电动势随定尺与滑尺(或转子与定子)的相对位置不同呈正弦、余弦函数
闭环控制系统(精选.)
闭环控制系统 许多实时嵌入式系统使作出控制决策。这些决策通常是由软件和基于硬件反馈的基础上由它控制（被称为机械）。这些反馈通常采用的是模拟传感器，可以通过一个A / D转换器读取他形式。例如：传感器可能代表位置，电压，温度或其他任何适当的参数。每样提供软件和附加信息基础控制决策。 闭环控制的基本知识 基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主要形式。自动控制系统多数是反馈控制系统。在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。 反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成。比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。以炉温控制为例，受控对象为炉子；输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。炉温用热电偶测量，代表炉温的热电动势与给定电压相比较，两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。 同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。 一个闭环系统采用反馈来衡量实际的系统运行参数，如温度，压力，流量，液位，转速控制。这种反馈信号发送回的地方是较理想的系统设定点控制器。该控制器发一个误差信号，即启动纠正措施和驱动器输出设备所需的值。在直流电动机驱动上很容
双闭环控制系统
课程设计报告 课程课程设计 课题双闭环控制系统设计 班级 姓名 学号
目录 第1章双闭环系统分析.................................................................................. 错误!未定义书签。 系统介绍.................................................................................................... 错误!未定义书签。 系统原理.................................................................................................... 错误!未定义书签。 双闭环的优点............................................................................................ 错误!未定义书签。第2章系统参数设计...................................................................................... 错误!未定义书签。 电流调节器的设计.................................................................................... 错误!未定义书签。 时间参数选择.................................................................................... 错误!未定义书签。 计算电流调节参数............................................................................ 错误!未定义书签。 校验近似条件.................................................................................... 错误!未定义书签。 转速调节器的设计.................................................................................... 错误!未定义书签。 电流环等效时间常数：.................................................................... 错误!未定义书签。 转速环截止频率为............................................................................ 错误!未定义书签。 计算控制器的电阻电容值................................................................ 错误!未定义书签。第3章仿真模块.............................................................................................. 错误!未定义书签。 电流环模块................................................................................................ 错误!未定义书签。 转速环模块................................................................................................ 错误!未定义书签。第4章仿真结果.............................................................................................. 错误!未定义书签。 电流环仿真结果........................................................................................ 错误!未定义书签。 转速环仿真结果........................................................................................ 错误!未定义书签。 稳定性指标的分析.................................................................................... 错误!未定义书签。 电流环的稳定性................................................................................ 错误!未定义书签。 转速环的稳定性................................................................................ 错误!未定义书签。结论.................................................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献............................................................................................................ 错误!未定义书签。
伺服电机三环控制的原理
伺服电机三环控制的原理（位置环，运动换，电流环） 一、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。 二、谈谈PID各自对差值调节对系统的影响： 1、单独的P（比例）就是将差值进行成比例的运算，它的显著特点就是有差调节，有差的意义就是调节过程结束后，被调量不可能与设定值准确相等，它们之间一定有残差，残差具体值您可以通过比例关系计算出。增加比例将会有效减小残差并增加系统响应，但容易导致系统激烈震荡甚至不稳定。 2、单独的I（积分）就是使调节器的输出信号的变化速度与差值信号成正比，大家不难理解，如果差值大，则积分环节的变化速度大，这个环节的正比常数的比例倒数我们在伺服系统里通常叫它为积分时间常数，积分时间常数越小意味着系统的变化速度越快，所以同样如果增大积分速度（也就是减小积分时间常数）将会降低控制系统的稳定程度，直到最后出现发散的震荡过程。这个环节最大的好处就是被调量最后是没有残差的。