1 什么是三閉環控制系統？

在雙閉環（速度環和電流環）控制的基礎上，在轉速外環外再加一個位置外環，這個位置外環的主要作用是使得電機準確的跟隨位置給定，所以又稱為位置閉環系統。他的原理和雙閉環系統相似，通過電機的目標位置和實際位置做差，得到的偏差量作為轉速調節器的速度給定。位置偏差越大，相應的轉速給定也越大。

跟雙閉環控制系統最大的區別就是，三閉環主要解決的是使得電機轉到哪的問題，而雙閉環主要解決的是轉多快的問題。

2 三閉環系統的控制原理和搭建

具體的結合原理框圖進行介紹，如上圖所示。在基礎的雙閉環控制的基礎上，增加一個位置環，我們可以將雙閉環看成一個速度控制模塊，而位置調節器將給定位置信號和實際位置檢測信號的差值整定為這個控制模塊的速度給定，從而控制電機按照想要的速度和方向旋轉，從而控制電機的位置。

舉個例子會比較好理解：給定位置在350°，而實際位置在50°，想要電機旋轉到目標位置角，就需要電機順時針旋轉300°。那么此時位置調節器就會輸出控制電機正轉的指令，速度環接受指令，進行順時針旋轉，到達目標位置后停止旋轉。

3 位置環參數設計思路

第一步：雙閉環參數設計。使得電機轉速跟隨性能優越，階躍響應效果較好，且系統的快速性較好。如前文所述，三閉環的基礎即為雙環控制，一個好的位置控制系統，其雙環控制的效果一定需要調節到最優值。

第二步：位置環參數設計。引入位置反饋量和位置調節器，使得仿真系統框圖如第二節中框圖原理一致，給定輸入信號，并調節位置環參數。

1、信號給定：建議初始給定輸入信號為斜坡信號，且斜率較小；

2、調節器設置：建議調節器設為純P調節器，因為大部分位置控制是不允許超調存在的，且位置P調節器的初始參數可以設置稍微大一點，可以從500開始試驗。

3、限幅值設置：建議將位置調節器的輸出限幅值設為電機的額定轉速（雙閉環PI參數滿足電機額定轉速快速穩定跟隨）。

4 實驗結果

其實本質上就是在雙閉環的基礎上加了一個位置環，其實難度和結構都比較簡單，但是要實現高的精度，還有很快的相應速度，如果純PI需要特別理想的參數，或者就是增加前饋補償，本次我只是嘗試了調PI的方法。

下圖是轉子位置給定和實際位置圖（此時我的給定是一個凹形曲線），紅色的是實際位置，藍色的是給定。

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

小結：

1、三環位置控制的目標是電機轉到哪里，而雙環控制的目標是轉多快，兩者存在較大差異。

2、位置調節器將給定位置信號和實際位置檢測信號的差值整定為這個控制模塊的速度給定，從而控制電機按照想要的速度和方向旋轉，從而控制電機的位置。

3、雙環是位置控制重要的基礎，進行位置控制之前，首要條件就是將雙環系統性能調至最佳。

4、設計思路要明確

編輯：hfy