伺服三环设计---位置环前馈环路设计

必看：作者调试过几家伺服驱动产品，不管是带载（5-30倍惯量）还是空载，没有前馈时位置环跟踪误差100机械角度都有可能，加前馈至100%后，位置环跟踪误差在1机械角度上下。但是不是前馈加满就一定最好，前馈过大会导致速度环的给定出现波动，电机出现高频震动。

 

1，位置环一般怎么设计？

很多论文上面说电流环(ACR)、速度环(ASR)一般使用PI调节器，位置环适用P调节器即可，这种说法其实不够严谨，因为只有Kpos时，位置环必然会有稳态误差（误差与Kpos值呈反比），这个在实际应用中是允许的。目前位置环主要有两种设计方案：1，对位置指令和位置反馈的误差进行累加，累加器经过Kpos后，送给速度环的给定。2，位置环引入积分环节，即位置环设计成PI调节器。第一种设计方案居多。（如果有水友遇到其他设计思路的可以私信交流，哈哈）

 

2，为什么需要位置环前馈环路？

以上述第一种位置环设计思路为例，我们会根据电机参数、速度环增益等，设计出合适的Kpos，使位置环不会产生超调。（例如在雕铣行业，位置环出现超调意味着料就废了，所以一般走位置控制的都不期望超调）。这就意味着不能一直通过增加Kpos值来提高位置环的响应速度。所以需要前馈的参与，来提高系统的响应。（通过分析增加前馈后系统闭环传递函数可以看出，增加前馈不影响系统的极点，不会影响系统的整体稳定性）。

3，位置环前馈设计方法。

设计位置环一般把速度闭环做个等效，然后去设计前馈和位置环（APR）。不想打字，就直接上图了。

最后对F(S)进行离散化处理即可，前向欧拉就可以，然后转换成代码写到MCU。

 

亲测：即使只使用位置前馈中速度分量，位置环的跟踪响应也会得到大大改善。这个也比较好理解，当F（s）这部分分量变多后，APR输出的分量就会减小，因为APR的输出就是位置误差的累加，最终产生的效果就是位置环跟踪误差变小。