В системах с сервоприводом обратная связь для управления положением, скоростью и/или крутящим моментом обычно обеспечивается поворотным датчиком или преобразователем, установленным на двигателе. Но механические компоненты и соединения в трансмиссии, такие как коробки передач, шариковые винты и муфты, не являются идеально жесткими и вводят обратная реакция, соответствие требованиям и включение в систему. Этот недостаток жесткости приводит к несоответствию между тем, где “должна” находиться нагрузка, исходя из положения вала двигателя, и тем, где нагрузка находится на самом деле. Если система сервоуправления основана только на обратной связи двигателя, желаемое положение может никогда не быть достигнуто, и система может испытывать нестабильность, такую как колебания и поиск.

В системах, которые демонстрируют люфт, податливость и заводку (то есть практически во всех системах перемещения), но которым также требуется очень точный контроль положения, требуется второй энкодер для непосредственного измерения положения груза. Этот метод использования двух устройств обратной связи — одного на двигателе и одного, расположенного на нагрузке, — обычно называют двухконтурным управлением, или двухконтурной обратной связью.

Существует несколько методов работы с двухконтурным управлением, но в самом простом методе контроллер сначала замыкает внутренний контур, который является контур регулирования скорости. Контур управления скоростью получает обратную связь от датчика двигателя, и эта обратная связь определяет соответствующий коэффициент усиления обратной связи по скорости (K_v), который оказывает демпфирующее воздействие на систему для уменьшения колебаний.

Обратите внимание, что коэффициент усиления обратной связи по скорости (K_v) аналогичен производному коэффициенту усиления (K_d), за исключением того, что обратная связь по скорости масштабирует только скорость, измеренную датчиком двигателя, тогда как коэффициент усиления по производной масштабирует производную ошибки определения положения. Усиление с обратной связью по скорости часто используется в двухконтурном управлении.

Затем контроллер замыкает внешний контур, который является контуром позиционирования. Обратная связь от датчика нагрузки используется для определения соответствующего пропорциональный и интегральный выигрыш (K_p и К_i). Напомним, что пропорциональный коэффициент усиления прямо пропорционален ошибке позиционирования и влияет на работу системы жесткость, в то время как интегральное усиление накапливает ошибку позиционирования с течением времени и “подталкивает” систему к нулевой ошибке позиционирования.

Система сервоуправления может также включать в себя контур управления током, расположенный внутри контура скорости. Хотя в этом сценарии было бы три контура управления, термин “двухконтурное управление” просто относится к двум контурам управления — положению и скорости, — которые получают прямую обратную связь от датчиков.

В отличие от традиционных каскадные контуры управления при двухконтурном управлении отклик контура скорости не зависит от обратной связи (и, следовательно, разрешающей способности) датчика нагрузки. Аналогично, отклик контура определения положения не зависит от обратной связи от датчика двигателя.

В системах с двухконтурной обратной связью могут использоваться два поворотных датчика или один поворотный и один линейный датчики. Комбинации «поворотный-линейный» наиболее распространены в системах линейного перемещения, где на двигателе расположен поворотный энкодер (или преобразователь), а линейный энкодер установлен на линейной оси.

Вы можете задаться вопросом: “Почему бы просто не поместить датчик на нагрузку — поскольку тогда он измерял бы положение, которое мы пытаемся контролировать, — и не избавиться от датчика двигателя?”

Помните, что из-за люфта и податливости трансмиссии будут моменты, когда двигатель на мгновение будет разгружен или по существу отключен от нагрузки.Если обратная связь устанавливается только на нагрузку, без знания положения двигателя, скорости или крутящего момента, работа двигателя может стать нестабильной, если это отключение происходит в то же время, когда контроллер посылает двигателю команды для коррекции положения.