不明白直流电机闭环PID调速中的电流环和速度环的关系？

wq_601840968 · 发表于 2016-5-12 11:24:33

非常迷糊的就是电流环的作用. 感觉速度环就可以实现需要的功能；
直流电机的转速和电区的电压有关系,扭矩和电流有关系.
在闭环PWM调速的情况,假设在稳定转速下(稳态),如果负载变化(变大),那么转速就会变化(下降),紧接着速度反馈就会检测到转速的变化(下降),所以就会通过PID算法,增大PWM的占空比(进入动态过程),
即增加电枢电压,其实就是增加了绕组的电流(扭矩),经过动态调节过程回到新的稳态.
所以看不出电流环的作用,对于电流环和速度环关系这个问题我一直都没有搞懂,希望高手解答一下,谢谢!!

lollipop · 发表于 2016-5-12 11:48:55

只有速度环不够快，快了有过冲

lcw_swust · 发表于 2016-5-12 12:06:46

楼主说得有道理,我做平衡车也没用电流环,只是做了限流处理.

cjp88811283 · 发表于 2016-5-12 12:27:37

电流环是为了应对恒扭矩输出的，他的转速是可变的

sandeant · 发表于 2016-5-12 12:55:13

电流产生力(加速度),再积分就是速度了

996512682 · 发表于 2016-5-12 16:31:09

加速度积分是速度，速度积分是位置。反过来推，位置环产生的是要运行的速度，速度还来维持这个速度，速度环产生的是加速度，电流环来维持这个加速度。
不知理解的对不对，还请大神请批评指正。

K.O.Carnivist · 发表于 2016-5-12 19:49:00

2楼说的很简练但似乎就是这样。以PID来说，电压（PWM）直接控转速的问题是加速度对电压变化比较敏感，需要用比较小的P来保证稳定，导致整体响应慢。加了电流环之后因为电流对电压、速度对电流的关系比较低阶，控制器可以用激烈的参数，把系统性能榨的更极限一点。

wenshiguang · 发表于 2016-5-12 20:23:47

对于直流电动机来讲，电流环的主要作用是可以快速给定扭矩，另一个角度，是可以在一定程度上加快负载扭矩扰动带来的处理，因为负载扭矩忽然变化对电枢电流的影响是最直接最快的，在电流环节做闭环处理，响应速度上快于负载扭矩变化->角加速度变化->角速度变化, 然后再闭环。

wq_601840968 · 发表于 2016-5-13 08:31:14

lollipop 发表于 2016-5-12 11:48
只有速度环不够快，快了有过冲

你是说速度不够快，上不了高速？

wq_601840968 · 发表于 2016-5-13 08:31:56

lcw_swust 发表于 2016-5-12 12:06
楼主说得有道理,我做平衡车也没用电流环,只是做了限流处理.

只用速度环位置环效果还可以么

wq_601840968 · 发表于 2016-5-13 08:34:15

cjp88811283 发表于 2016-5-12 12:27
电流环是为了应对恒扭矩输出的，他的转速是可变的

不大明白，对于电机能输出控制的量只有电压，pwm去调节大小；
如何通过电流环去保持恒转矩呢？

wq_601840968 · 发表于 2016-5-13 08:35:31

996512682 发表于 2016-5-12 16:31
加速度积分是速度，速度积分是位置。反过来推，位置环产生的是要运行的速度，速度还来维持这个速度，速度环 ...

表示晕了没看懂

lcw_swust · 发表于 2016-5-13 09:16:31

wq_601840968 发表于 2016-5-13 08:31
只用速度环位置环效果还可以么

可以呀
这么说吧,电机转速是和电压(或PWM占空比)成正比的,受负载影响较小,所以直接通过调节电压来调速会更直接.

逆光飞行 · 发表于 2016-5-19 21:30:19

wq_601840968 发表于 2016-5-13 08:34
不大明白，对于电机能输出控制的量只有电压，pwm去调节大小；
如何通过电流环去保持恒转矩呢？ ...

不够快的意思应该是速度响应不够快吧

逆光飞行 · 发表于 2016-5-19 21:35:40

K.O.Carnivist 发表于 2016-5-12 19:49
2楼说的很简练但似乎就是这样。以PID来说，电压（PWM）直接控转速的问题是加速度对电压变化比较敏感，需要 ...

能请教您应该问题么。我给电机100rmp的输入，速度环pid控制器得出了加在电机两端的电压值，送入电流pid控制器，然后电流pid输出的是pwm波，这样对么？
现在的问题是，速度环给的端电压，电流环采样的是电枢电阻，这。。。怎么求误差啊
PS：我做的是小型直流有刷电机控制

K.O.Carnivist · 发表于 2016-5-22 15:39:50

逆光飞行发表于 2016-5-19 21:35
能请教您应该问题么。我给电机100rmp的输入，速度环pid控制器得出了加在电机两端的电压值，送入电流pid控 ...

PID的速度-电流双闭环一般是这样的：
转速误差PID得到预期的电流，与当前电枢电流做差，再PID得到需要输出的电压，PWM占空比=输出电压/母线电压。
调试的时候先不要转速，只调电流-电压的PID，使电流能够跟随给定电流；然后就不管电压了，转速的PID只是转速和电流的控制关系。

逆光飞行 · 发表于 2016-5-22 18:03:26

K.O.Carnivist 发表于 2016-5-22 15:39
PID的速度-电流双闭环一般是这样的：
转速误差PID得到预期的电流，与当前电枢电流做差，再PID得到需要输 ...

是这样，我控制的是直流有刷永磁电机（类似maxon re25那样的伺服电机），我还有一下几个疑问：
（1）对于这种电机，母线电压指的是哪一块？
（2）对于这种电机，速度和电压的关系是线性的，对于单速度pid我能理解输入速度输出电压，但对于速度和电流的关系我就不是很清楚了，是怎么做到输入速度输出电流呢?
望指教，谢谢啦！

fengyunyu · 发表于 2016-5-22 19:25:14

专业讨论

laixiaoshuai90 · 发表于 2016-5-22 20:50:23

串级控制，内环控制量一般是外环控制量的倒数。。。转速其实可以看做角速度，加速度的倒数即是角加速度。。。直流电机电流直接对应着扭矩，扭矩又于角加速度正相关。。。所以，内环可以用电流为控制量。

逆光飞行 · 发表于 2016-5-25 22:57:49

K.O.Carnivist 发表于 2016-5-22 15:39
PID的速度-电流双闭环一般是这样的：
转速误差PID得到预期的电流，与当前电枢电流做差，再PID得到需要输 ...

请您指教啊！

K.O.Carnivist · 发表于 2016-6-2 21:53:13

逆光飞行发表于 2016-5-22 18:03
是这样，我控制的是直流有刷永磁电机（类似maxon re25那样的伺服电机），我还有一下几个疑问：
（1）对于 ...

RE25啥时候成伺服电机了。你说的是淘宝上那些后边加个编码器的拆机件吧。
（1）如果用的是恒压电源+H桥驱动，母线电压指的是给H桥的电源电压。其实无所谓啦，引入这个概念只是为了电机平均电压=母线电压×PWM占空比。
（2）负载恒定的匀速运动情况下才有“速度和电压的关系是线性的”，你把输出轴捏死，给多大电压都没速度。直流电机最基本的模型是：欧姆定律“平均电压-反电动势=电流×线圈电阻”，感应电动势“反电动势=转速×常数”，安培力“转矩=电流×另一个常数”，再加上牛顿定律“转矩=转动惯量×角加速度”。剩下的看19楼吧。

逆光飞行 · 发表于 2016-6-5 15:12:54

K.O.Carnivist 发表于 2016-6-2 21:53
RE25啥时候成伺服电机了。你说的是淘宝上那些后边加个编码器的拆机件吧。
（1）如果用的是恒压电源+H桥驱 ...

太谢谢您了！

YS126 · 发表于 2016-6-5 22:57:25

太专业了~~

chengsong · 发表于 2016-6-5 23:22:53

这几天也在弄PID串级，不好弄

cnshibo · 发表于 2018-1-1 00:28:57

弄PID串级，学习了谢谢

cnshibo · 发表于 2018-1-1 15:36:38

本帖最后由 cnshibo 于 2018-1-1 15:51 编辑

laixiaoshuai90 发表于 2016-5-22 20:50
串级控制，内环控制量一般是外环控制量的倒数。。。转速其实可以看做角速度，加速度的倒数即是角加速度。。 ...

这里的倒数有点费解。是不是想表达角速度的导数是角加速度。

上海爱观视觉 · 发表于 2018-1-15 15:28:13

电流环调节的是电流经过电流环输出的是力矩，根据系统的惯量就可以知道角加速度了。有一些应用场景需要知道加速度和时间的函数，这时候你就要精准控制电流了。同样的道理位置环+电流环也可以实现位置控制，只是中间的速度你没法控制

laixiaoshuai90 · 发表于 2018-1-21 19:57:57

cnshibo 发表于 2018-1-1 15:36
这里的倒数有点费解。是不是想表达角速度的导数是角加速度。

是导数。

kaomantou · 发表于 2018-1-22 00:17:33

mark一下~~~

20zjie · 发表于 2018-6-13 20:40:10

学习了谢谢~~~

喵叔不吃鱼 · 发表于 2018-6-14 18:06:06

谢谢，学习了~

zf12862177 · 发表于 2018-6-14 20:59:34

电流环是速度环的内环，楼主这种思路是典型的程序员思路，用在控制理论上会出问题，简单来说就是如果只用速度环，那么从电压到转速之间的传递函数是一个高阶传递函数，该控制不可能稳定。所以加上电流环后，最终会将总传递函数变成一个小于二阶的系统，使得最终系统可控！

苹果520 · 发表于 2018-8-17 16:06:27

到现在还没有搞定············还有哪位大侠更通俗的解释下吗？

marshallemon · 发表于 2018-8-17 17:55:12

lcw_swust 发表于 2016-5-13 09:16
可以呀
这么说吧,电机转速是和电压(或PWM占空比)成正比的,受负载影响较小,所以直接通过调节电压来调速会 ...

电压调节在低速时扭矩很低

yanyanyan168 · 发表于 2018-8-19 00:15:05

技术贴，谢谢楼上几位大神

wl_am · 发表于 2019-1-9 13:30:57

受教了,努力学习

xz9406 · 发表于 2019-1-11 13:00:38

电流环是响应最快的，是系统运作的基础。速度环的带宽有限。

zcf287 · 发表于 2020-1-22 09:16:01

说的都越来越玄乎了，我认为电流环就是为了以最大的安全的电流来运行，如果你不担心电机过载，只是用来控制速度，单独的速度环也没问题

xianghaisha · 发表于 2020-1-28 17:41:04

主要是扭矩，也就是角加速度，而速度环就是角速度环，一次积分得到

Elec_Ramble · 发表于 2020-2-3 06:37:32

个人认为，电流环主要是扭矩，能快速响应扭矩的变化。

sy8501 · 发表于 2023-5-20 06:55:04

K.O.Carnivist 发表于 2016-6-2 21:53
RE25啥时候成伺服电机了。你说的是淘宝上那些后边加个编码器的拆机件吧。
（1）如果用的是恒压电源+H桥驱 ...
(引用自21楼)

RE25怎么就不是伺服电机了。

RE25的控制除了没有SVPWM、park clark电流变换外，其他的跟无刷伺服控制可以说是一模一样了。

不明白直流电机闭环PID调速中的电流环和速度环的关系？

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