來源：小牛機器人

常見的伺服控制回路（矢量控制方式）如下圖所示，其中Clarke變換是從三相坐標系ABC到兩相靜止 坐標系的轉換，而Park變換是從靜止坐標系到與轉子磁場同向的旋轉坐標系的變換。其中 是實際位置反饋，n為速度，為轉矩電流、為實際勵磁電流。對于同步電機而言，勵磁的設定，而異步電機根據電機參數而定。通常情況下，電流控制器與速度控制器均為PI控制器，二者在驅動器中設定；而位置環控制器為P控制器，在運動控制器中設定。

矢量控制結構圖

從上圖可以看出，在運動控制器中完成位置環的運算之后，輸出的結果被標定為速度設定，通過通信或者脈沖的方式傳遞給驅動器，在驅動器中完成速度與電流控制。

伺服系統的控制模型

通常情況下，伺服系統中包括電流環、速度環以及位置環，如下圖所示。其中電流環的等效傳遞函數為一階系統函數，L為電機電樞電感，R為電機電樞阻抗。速度環的閉環傳遞函數為二階系統函數，其中包括電機的一階慣性環節，J為電機轉子的轉動慣量，B為電機的阻尼。

電機控制模型

通過電機的二階系統分析可以得出，電機的定子阻抗與電感對系統的電流控制影響比較大，因此在驅動器中設定電機參數時，定子線間阻抗與電感必須設置正確，否則會引起系統的過電流故障。另外，電機的轉動慣量對速度的調整影響大，而電機的阻尼通常被忽略。

對于速度環構成的二階系統，電機與負載因素會影響其動態性能，同時速度控制器的參數比例增益與積分時間也會影響二階系統的性能，增加比例增益會增加系統的帶寬，快速的積分會減小系統的靜態誤差，但是也會增加系統的阻尼。過小的阻尼會使二階系統在截止頻率處產生諧振，如下圖所示。對于二階系統，理想的系統阻尼為0.707。

速度環伯德圖

以上控制回路沒有考慮負載對系統的影響，但在實際應用中，負載對整個系統的模型有著不可忽視的影響。例如，在電機與負載之間有減速箱、聯軸器等機械傳動設備時，電機的模型不能簡化為一個積分或者是慣性環節，電機與負載以及中間連接器一起構成二自由度振動系統，如下圖所示，其等效模型會疊加到速度環上，在系統的高頻范圍引起諧振。

電機拖動負載

根據上圖所示的機械結構，可以得到電機到負載的傳遞函數如下圖所示。

從電機到負載的伯德圖

如下圖所示，負載與電機的慣量比大小是諧振峰的影響因素，慣量比越大，諧振越嚴重；但慣量比越小，電機的驅動能力都消耗到電機上，導致系統的效率太低。因此在選型與配置時要考慮此因素，保證負載與電機的慣量比在一個合適的范圍內。實踐中認為4∶1為最優的配置。

由負載引起的高頻諧振

審核編輯：湯梓紅