Серводвигатели работают в замкнутой системе, которая включает в себя устройство обратной связи, привод (усилитель) и контроллер. Контроллер использует выходные данные устройства обратной связи для сравнения заданного значения (положения, скорости или крутящего момента) с достигнутым значением и выдает команды приводу для исправления любых ошибок. Этот процесс отслеживания обратной связи и внесения исправлений называется контур управления. В зависимости от области применения и требований к производительности сервосистема может включать в себя любую комбинацию из трех типов контуров управления: контур положения, контур скорости и/или контур тока.

Скоростной контур является наиболее распространенным контуром сервоуправления. Он сравнивает заданную скорость с фактической с помощью тахометра или энкодера и выдает команды на соответствующее увеличение или уменьшение оборотов двигателя. Контур скорости также называют PI-контроллером, поскольку он обычно использует оба пропорциональных коэффициента усиления (K_{вице-президент}) и интегральный коэффициент усиления (K_iv) для определения команды коррекции. Величина пропорционального усиления, как следует из его названия, прямо пропорциональна величине погрешности, в то время как интегральное усиление увеличивается со временем и используется для “доведения” двигателя до нулевой погрешности в конце хода.

Сервопривод усиление обратной связи, известные как пропорциональное усиление, интегральное усиление и производное усиление, определяют, насколько усердно сервопривод пытается исправить или уменьшить погрешность между заданным значением и фактическим значением.

Для приложений, требующих контроля положения, контур положения добавляется “вокруг” контура скорости в так называемом каскадном контуре положения/скорости. Цикл определения положения определяет следующую ошибку, которая представляет собой отклонение между фактическим и заданным положением, и выдает команды скорости для уменьшения или устранения следующей ошибки. В каскадной системе позиционный контур обычно использует только пропорциональное усиление, K_p.

Сервосистемы могут использовать позиционный контур без контура скорости, хотя обратная связь по скорости обеспечивает дополнительную жесткость и противодействует высокочастотным помехам. В тех случаях, когда позиционный контур используется сам по себе, без контура скорости, позиционный контур будет являться ПИД-регулятором.Использование всех трех коэффициентов усиления — пропорционального, интегрального и производного — хотя и является более сложным, позволяет настроить систему на оптимальную производительность.

Регулирование тока необходимо, когда требуемое время отклика велико, как в случае многих промышленных сервоприводов. Основной целью контура тока является управление крутящим моментом, который влияет на скорость и, следовательно, на положение. Цикл тока обычно вложен внутрь цикла скорости, что делает ток самым внутренним циклом, при этом цикл скорости находится посередине, а цикл положения является самым внешним циклом. Токовые контуры обычно представляют собой PI-контроллеры как с пропорциональным, так и с интегральным коэффициентом усиления.Параметры управления током часто устанавливаются производителем, что экономит пользователю время и усилия на настройке контура управления током.

В любой каскадной системе время отклика или пропускная способность, внутреннего цикла должно быть быстрее, чем время отклика внешнего цикла. В противном случае внутренний цикл будет оказывать незначительное влияние на внешний цикл. Общее правило для вложенных контуров сервоуправления заключается в том, что контур скорости должен иметь полосу пропускания, которая в любом месте в 5-10 раз больше, чем у контура положения, а текущий контур должен иметь полосу пропускания, которая в 5-10 раз больше, чем у контура скорости.

В общем, чем выше пропускная способность, тем лучше, но поскольку пропускная способность одного контура влияет на следующий контур внутри него, увеличение пропускной способности позиционного контура приводит к увеличению требуемой пропускной способности скоростного контура. Аналогично, увеличение полосы пропускания скоростного контура приводит к увеличению требуемой ширины полосы пропускания текущего контура. В обоих случаях увеличение пропускной способности одного цикла до такой степени, что требуемая пропускная способность следующего, вложенного цикла недостижима, не способствует повышению производительности системы.

Авторское изображение: wikipedia.org