1 什么是三閉環(huán)控制系統(tǒng)？

在雙閉環(huán)（速度環(huán)和電流環(huán)）控制的基礎(chǔ)上，在轉(zhuǎn)速外環(huán)外再加一個(gè)位置外環(huán)，這個(gè)位置外環(huán)的主要作用是使得電機(jī)準(zhǔn)確的跟隨位置給定，所以又稱為位置閉環(huán)系統(tǒng)。他的原理和雙閉環(huán)系統(tǒng)相似，通過(guò)電機(jī)的目標(biāo)位置和實(shí)際位置做差，得到的偏差量作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的速度給定。位置偏差越大，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速給定也越大。

跟雙閉環(huán)控制系統(tǒng)最大的區(qū)別就是，三閉環(huán)主要解決的是使得電機(jī)轉(zhuǎn)到哪的問(wèn)題，而雙閉環(huán)主要解決的是轉(zhuǎn)多快的問(wèn)題。

2 三閉環(huán)系統(tǒng)的控制原理和搭建

具體的結(jié)合原理框圖進(jìn)行介紹，如上圖所示。在基礎(chǔ)的雙閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)位置環(huán)，我們可以將雙閉環(huán)看成一個(gè)速度控制模塊，而位置調(diào)節(jié)器將給定位置信號(hào)和實(shí)際位置檢測(cè)信號(hào)的差值整定為這個(gè)控制模塊的速度給定，從而控制電機(jī)按照想要的速度和方向旋轉(zhuǎn)，從而控制電機(jī)的位置。

舉個(gè)例子會(huì)比較好理解：給定位置在350°，而實(shí)際位置在50°，想要電機(jī)旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置角，就需要電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)300°。那么此時(shí)位置調(diào)節(jié)器就會(huì)輸出控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的指令，速度環(huán)接受指令，進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，到達(dá)目標(biāo)位置后停止旋轉(zhuǎn)。

3 位置環(huán)參數(shù)設(shè)計(jì)思路

第一步：雙閉環(huán)參數(shù)設(shè)計(jì)。使得電機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨性能優(yōu)越，階躍響應(yīng)效果較好，且系統(tǒng)的快速性較好。如前文所述，三閉環(huán)的基礎(chǔ)即為雙環(huán)控制，一個(gè)好的位置控制系統(tǒng)，其雙環(huán)控制的效果一定需要調(diào)節(jié)到最優(yōu)值。

第二步：位置環(huán)參數(shù)設(shè)計(jì)。引入位置反饋量和位置調(diào)節(jié)器，使得仿真系統(tǒng)框圖如第二節(jié)中框圖原理一致，給定輸入信號(hào)，并調(diào)節(jié)位置環(huán)參數(shù)。

1、信號(hào)給定：建議初始給定輸入信號(hào)為斜坡信號(hào)，且斜率較小；

2、調(diào)節(jié)器設(shè)置：建議調(diào)節(jié)器設(shè)為純P調(diào)節(jié)器，因?yàn)榇蟛糠治恢每刂剖遣辉试S超調(diào)存在的，且位置P調(diào)節(jié)器的初始參數(shù)可以設(shè)置稍微大一點(diǎn)，可以從500開(kāi)始試驗(yàn)。

3、限幅值設(shè)置：建議將位置調(diào)節(jié)器的輸出限幅值設(shè)為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（雙閉環(huán)PI參數(shù)滿足電機(jī)額定轉(zhuǎn)速快速穩(wěn)定跟隨）。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

其實(shí)本質(zhì)上就是在雙閉環(huán)的基礎(chǔ)上加了一個(gè)位置環(huán)，其實(shí)難度和結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，但是要實(shí)現(xiàn)高的精度，還有很快的相應(yīng)速度，如果純PI需要特別理想的參數(shù)，或者就是增加前饋補(bǔ)償，本次我只是嘗試了調(diào)PI的方法。

下圖是轉(zhuǎn)子位置給定和實(shí)際位置圖（此時(shí)我的給定是一個(gè)凹形曲線），紅色的是實(shí)際位置，藍(lán)色的是給定。

再看帶載運(yùn)行的情況，有小范圍的波動(dòng)，以上四次波動(dòng)分別為 2N 4N 10N 15N，可以看出都能夠快速回到給定位置。

小結(jié)：

1、三環(huán)位置控制的目標(biāo)是電機(jī)轉(zhuǎn)到哪里，而雙環(huán)控制的目標(biāo)是轉(zhuǎn)多快，兩者存在較大差異。

2、位置調(diào)節(jié)器將給定位置信號(hào)和實(shí)際位置檢測(cè)信號(hào)的差值整定為這個(gè)控制模塊的速度給定，從而控制電機(jī)按照想要的速度和方向旋轉(zhuǎn)，從而控制電機(jī)的位置。

3、雙環(huán)是位置控制重要的基礎(chǔ)，進(jìn)行位置控制之前，首要條件就是將雙環(huán)系統(tǒng)性能調(diào)至最佳。

4、設(shè)計(jì)思路要明確

編輯：hfy