求助，直流电机双闭环调速，如何能做到极低的匀速转动...

天下乌鸦一般黑 · 发表于 2018-6-22 11:47:10

背景：最近在做电流速度双闭环电机调速，用的500线码盘，倍频后可得到2000个脉冲/圈，高速下速度曲线还算平稳。
调试过程：但是在低速的时候，尤其50转/分钟以内的范围，电机很难稳定下速度，外部负载阻尼肯定是不均匀的了，由于控制板一次性要控制两个电机，还有串口和其他外部的东西要控制，电流环只做到了1000hz的频率，速度环500hz，再快的话有点够呛。
求助：大神提供点思路，怎么搞能把这个低速做平稳一些呢，不要求极致，没那个水平，现在看着电机在目标速度30转/分钟的时候带载，一窜一窜的就闹心。。。闹心好几天了。。。

lcw_swust · 发表于 2018-6-22 11:58:12

楼主的电机是通过调节电流来调速而不是通过电压？

JasonGao · 发表于 2018-6-22 12:32:25

电流环和速度环的比例有点小了

mtswz.213 · 发表于 2018-6-22 12:34:44

无他，换高分辨率的编码器

feigoo · 发表于 2018-6-22 12:46:11

换成带齿轮箱减速电机。

wsg · 发表于 2018-6-22 13:02:32

楼主，我觉得4楼和5楼说的都很有道理。
电机的低速情况下的确控制很难，现在速度这边您是用T法求的对吧，速度这边有做滤波么？
或者是不是能通过系统的输入和观测值给出一个负载和速度的观测来进行控制呢？

天下乌鸦一般黑 · 发表于 2018-6-22 13:12:06

lcw_swust 发表于 2018-6-22 11:58
楼主的电机是通过调节电流来调速而不是通过电压？

是电流。
PWM调速，pid的外环是速度环，传感器是增量编码器500线的，内环是电流环，用0.05R的采样电阻放大后adc采样的。
我理解的电机调速就是控制电流，电流使电机产生了扭矩，电机扭矩和外部尊尼的力矩相抵消，产生的合力才会产生加速度，所以最底层应该就是电流了，不知道这样理解对不对。

天下乌鸦一般黑 · 发表于 2018-6-22 13:13:04

JasonGao 发表于 2018-6-22 12:32
电流环和速度环的比例有点小了

电流环和速度环的比例是啥概念呢？是不是速度环的输出还要乘以一个值才可以送到电流环的输入呢？

天下乌鸦一般黑 · 发表于 2018-6-22 13:13:45

mtswz.213 发表于 2018-6-22 12:34
无他，换高分辨率的编码器

现在这个环境是换不成了，有机会我试试高分辨率的编码器试试。

天下乌鸦一般黑 · 发表于 2018-6-22 13:14:52

feigoo 发表于 2018-6-22 12:46
换成带齿轮箱减速电机。

外部已经有减速机了，减速比256，但是依然不够低速，电机能平稳的转30转/分钟才比较理想。

天下乌鸦一般黑 · 发表于 2018-6-22 13:19:52

wsg 发表于 2018-6-22 13:02
楼主，我觉得4楼和5楼说的都很有道理。
电机的低速情况下的确控制很难，现在速度这边您是用T法求的对吧，速 ...

啊，我这个测速应该是M法，就是用的stm32的正交编码器接口做的，速度上没有做滤波处理。
现在有个思路，不知道是不是对的，就是在低速条件下，例如30转/分钟，调整pid参数，让输出产生震荡，最终电机有点像步进电机一样输出，
只不过暂时震荡周期有点大，大概在100ms，我在想，如果再低一些，比如低到20ms，就能达到类似步进电机的感觉，人眼是感受不到卡顿的。

wsg · 发表于 2018-6-22 14:06:36

M法貌似有点问题呢，你算算，30转/分钟*2000脉冲/转/60秒/分钟=1000脉冲/秒，你的速度控制频率是500Hz，那么每次速度控制的脉冲就2个，速度分辨率太低，控制起来肯定有问题。
我觉得你可以建立一个系统模型，然后根据每次T法的速度观测，获取一个当前速度的最优估计，作为速度反馈量。

天下乌鸦一般黑 · 发表于 2018-6-22 14:13:15

wsg 发表于 2018-6-22 14:06
M法貌似有点问题呢，你算算，30转/分钟*2000脉冲/转/60秒/分钟=1000脉冲/秒，你的速度控制频率是500Hz，那 ...

嗯，我理解你的意思是，先要保证把速度测准为前提，然后根据最优的速度去修订速度环的控制周期，我试试用测脉宽的方式测速啊。

lcw_swust · 发表于 2018-6-22 14:25:38

本帖最后由 lcw_swust 于 2018-6-22 15:15 编辑

天下乌鸦一般黑发表于 2018-6-22 13:12
是电流。
PWM调速，pid的外环是速度环，传感器是增量编码器500线的，内环是电流环，用0.05R的采样电阻放 ...

据我对电机的理解，电压决定速度，电流决定力矩，所以通过电压去调节速度更好些。
这可能关系到电机的“硬度”吧。
举个例子，无反馈的状态下，我给电机加个固定电压，那么它的转速就基本恒定，只是空载和带载转速会有一点变化，
但是变化很小。（“硬度”越高，变化越小）
如果给电机加的是恒流源，那么空载和带载下的转速就大不相同了。

yunhuisong · 发表于 2018-6-22 15:41:33

正如12楼计算，这么低的速度下，M法测速误差已经高到无法使用了。低速下还是转为T法测速吧。
或者研究下M/T测速法

mtswz.213 · 发表于 2018-6-22 15:48:04

LZ你要算一下，500的分辨率，在你要的转转速度，一个计算周期，+-1个脉冲会有多大的脉动。
哎，我之前做伺服，10000个脉冲一转，低速时，也有这个问题，你现在500的分辨率，可想而知了。

zmgo · 发表于 2018-6-22 17:38:58

天下乌鸦一般黑发表于 2018-6-22 13:13
电流环和速度环的比例是啥概念呢？是不是速度环的输出还要乘以一个值才可以送到电流环的输入呢？ ...

他说的是电流环和速度环带宽的比例

wsg · 发表于 2018-6-22 22:00:58

天下乌鸦一般黑发表于 2018-6-22 14:13
嗯，我理解你的意思是，先要保证把速度测准为前提，然后根据最优的速度去修订速度环的控制周期，我试试用 ...

对呀，测量准确是控制的基础，测量通道上面的问题是没法在前向通道解决的。

tang0571 · 发表于 2018-6-23 14:52:48

2000线足够了吧，我们用模拟的cos，sin模拟的ad采样跑，基本上1hz看不出抖动！甚至可以做到更加低！！
正弦波输出也就2.5v峰峰值，12bit AD！精度其实不是太高！

lhj200304 · 发表于 2018-6-23 16:43:13

测速方法要更换一下了

chujia · 发表于 2018-6-23 17:11:06

我说说我个人的个人的理解，仅供参考，控制频率跟电机有关系，如果是电感量小，惯量小的电机，你这个控制频率偏小；编码器分辨率不够，就算用用算法优化，效果会有一些改善，但不能根本性解决问题；软件优化一下个人认为50rpm应该还是有可能做得好的，没有实际用过这个分辨率的编码器，所以不敢保证。最后一点，最后的指标，跟也电机也有很大关系，设计驱动器要根据电机和实际使用情况有很大关系。个人理解而已，欢迎拍砖

chujia · 发表于 2018-6-23 17:12:53

手机输入的，语句不太通畅，大家多多包涵

Oliver_2014 · 发表于 2019-7-4 16:35:22

依然是很经典的话题

天下乌鸦一般黑 · 发表于 2019-7-4 17:38:47

Oliver_2014 发表于 2019-7-4 16:35
依然是很经典的话题

你把这个帖子刨出来了啊
~现在依然不行啊~
~按照“转/分钟“来统计没啥问题
~但是按照“度/秒”好难啊，放弃了
~上大减速比减速机了~减速比：450~

motor_control · 发表于 2019-7-4 17:39:25

滤波器设计是关键

天下乌鸦一般黑 · 发表于 2019-7-4 22:55:39

motor_control 发表于 2019-7-4 17:39
滤波器设计是关键

问下，电机控制，你说的滤波器是啥？

Error.Dan · 发表于 2019-7-5 00:09:23

增大减速比还是在增大系统的阻尼，让系统慢下来，一方面提高分辨率，另一方面降低误差的变化速率让调节器能跟得上。
我刚毕业的时候一个搞了很多年的前辈就教过我，想稳定么，很简单把减速比搞大，总体速度慢下来系统就容易稳得住。

PS:强如发某科，在传统结构减速机驱动下的某型机器人，还是会在特定位置附近有明显震荡现象（TCP位置不会有肉眼可见变化，但是电机噪音随着停在此位置的时间增加而明显变大，最后有手可以摸得到的震动），二鬼子来一趟完了就是一句日本人也没办法，这个机型就这样就给糊弄过去了。实际上几乎所有的伺服电机系统在带载静止的情况下都是有轻微震荡的，只不过足够小（编码器分辨率足够高）而且经过减速机缩小震荡幅度小到一定程度就可以认为是停在精确位置了。
总的来说，这种问题确实不太好解决的。

天下乌鸦一般黑 · 发表于 2019-7-5 00:13:25

Error.Dan 发表于 2019-7-5 00:09
增大减速比还是在增大系统的阻尼，让系统慢下来，一方面提高分辨率，另一方面降低误差的变化速率让调节器能 ...

现在感觉仅仅加大减速比不够用了~
电机用有刷不好控制速度，计划手上的活干完了开始研究无刷~
看论坛里有大神做出来低速性能很好，可以高扭矩低速匀速转动~
顺便问下，我想买低压无刷驱动器看下效果，能推荐我下国内的品牌吗？进口的太贵了。
要驱动的电机是maxon ec45这种盘式无刷电机。

motor_control · 发表于 2019-7-5 13:30:17

天下乌鸦一般黑发表于 2019-7-4 22:55
问下，电机控制，你说的滤波器是啥？

数字滤波器设计

天下乌鸦一般黑 · 发表于 2019-7-5 13:47:17

tang0571 发表于 2018-6-23 14:52
2000线足够了吧，我们用模拟的cos，sin模拟的ad采样跑，基本上1hz看不出抖动！甚至可以做到更加低！！
正弦 ...

你说的电机是无刷吧。有刷也可以干到这水平吗？

天下乌鸦一般黑 · 发表于 2019-7-5 13:49:29

RAMILE 发表于 2019-7-5 13:17
普通电机要是能良好伺服，MAXON为毛偏偏要用空心杯

总想不花钱解决问题的最终什么都解决不了 ...

想花钱买现成的控制器。。。
但是我想找的找不到啊竟然~
你有知道的品牌不。
需求是控制外转子无刷，2046线增量编码器，带霍尔，目标是实现低速最好能到1转每分钟，速度要匀速。

anjiyifan · 发表于 2019-7-5 13:56:50

lcw_swust 发表于 2018-6-22 14:25
据我对电机的理解，电压决定速度，电流决定力矩，所以通过电压去调节速度更好些。
这可能关系到电机的“ ...

不管是电流环还是速度环，最终都是转换为电机两端的电压变化来实现调速的。
并不是你说的单纯的“恒流源”，而是综合转速和电流反馈，来调整电机两端的施加电压，实现电机控制。

lcw_swust · 发表于 2019-7-5 20:18:33

anjiyifan 发表于 2019-7-5 13:56
不管是电流环还是速度环，最终都是转换为电机两端的电压变化来实现调速的。
并不是你说的单纯的“恒流源 ...

你在说啥？
不能给电机加“单纯的恒流源”？

anjiyifan · 发表于 2019-7-5 20:33:24

lcw_swust 发表于 2019-7-5 20:18
你在说啥？
不能给电机加“单纯的恒流源”？

不是不能加单纯的恒流源，只是你说的东西和楼主说的是两码事。楼主并不是用恒流源来给电机供电。

anjiyifan · 发表于 2019-7-5 21:02:23

lcw_swust 发表于 2019-7-5 20:18
你在说啥？
不能给电机加“单纯的恒流源”？

楼主的自控系统是电机的速度控制，输入值是指定的速度。两个控制环，一个速度环，一个电流环。速度环根据指定速度与实际速度差经过PID调节的输出值作为电流环的输入，然后与电机的反馈电流的差值进行PID调节从而得到最终的控制量。简单理解就是速度慢了就调大电流，提高电机转矩，让电机尽快达到设定转速。反过来速度快了就减小电流，从而减小转矩，以便降低速度。
可以看出这个电机的电流的设定值是根据电机当前转速得到的，是会变的，并不是你所说的单纯通过恒定电流来驱动电机。

lcw_swust · 发表于 2019-7-5 21:13:24

本帖最后由 lcw_swust 于 2019-7-5 21:16 编辑

anjiyifan 发表于 2019-7-5 20:33
不是不能加单纯的恒流源，只是你说的东西和楼主说的是两码事。楼主并不是用恒流源来给电机供电。 ...

我觉得恒流源和这里的电流环是一码事。
（假如速度环输出不变，电流环是不是恒流源？）
所以我在14楼就说了“通过电压去调节速度”，
意思就是速度环输出直接给PWM就行，没必要多加个电流环。

因为转速与PWM基本成正比，管它电流是多少呢，只要不过流就行。

anjiyifan · 发表于 2019-7-5 21:22:47

本帖最后由 anjiyifan 于 2019-7-5 21:27 编辑

lcw_swust 发表于 2019-7-5 21:13
我觉得恒流源和这里的电流环是一码事。
所以我在14楼就说了“通过电压去调节速度”，
意思就是速度环输出 ...

可是加减速实际是通过调节电机的转矩来实现的，转矩大于负载就加速，转矩小于负载就减速。而电机的转矩是和电流成线性比例关系的。
电机两端的电压和电流或者说电压和转矩是不成线性关系的。你用一个非线性关系的输入和输出去进行调节，很难做到精细控制的。

电流环比较的并不是比较的电流，而是速度差经过速度环的PDI调节后的输出与当前电流的比较。你可能觉得不是同一物理量不能做比较。可自控理论比较的就是一种趋势的比较，而并不是要非得同一个物理量才能比较。至于两个物理量要按怎么样的比例来控制是最佳的，这个就是PID的参数整定过程。

anjiyifan · 发表于 2019-7-5 21:26:49

lcw_swust 发表于 2019-7-5 21:13
我觉得恒流源和这里的电流环是一码事。
（假如速度环输出不变，电流环是不是恒流源？）
所以我在14楼就说 ...

速度环输出怎么会不变？你这个假设完全是凭空想象的。如果负载不会发生变化，转速就不会发生变化，这时速度环输出才不会变。那既然整个控制环上负载，转速都不会发生变化，拿为什么还需要控制系统？直接恒压电流连到电机两端不就行了？
可恒压电源连到电机两端，负载变化时，电机的转速怎么做到恒定？自相矛盾了。

lcw_swust · 发表于 2019-7-5 21:32:49

本帖最后由 lcw_swust 于 2019-7-5 21:41 编辑

anjiyifan 发表于 2019-7-5 21:22
可是加减速实际是通过调节电机的转矩来实现的，转矩大于负载就加速，转矩小于负载就减速。而电机的转矩是 ...

实在是不知该从哪里下口了，擦下汗

我问一下：假如我有一个可调电压源和一个可调电流源，输出都设置为固定的值，
做两个玩具车，一个使用电压源，一个使用电流源，在不平整的路上跑，哪个的速度更稳定？

对了，其实上面我说的“恒压源”是指可调的恒压源，或者叫可调电压源，而且调整可以比较慢。

anjiyifan · 发表于 2019-7-5 21:40:21

lcw_swust 发表于 2019-7-5 21:32
实在是不知该从哪里下口了，擦下汗
我问一下：假如我有一个可调电压源和一个可调电流源，输出 ...

最经典的电机转速控制系统，你要质疑，还硬是要认为自己想的是对的。我也没话可说了。

我只能说，控制系统是一个系统，你非要把系统中的某个环节拿出来讲，哎~！

你的假设就错了，你说电流环是恒流源的前提是电机转速恒定，既然恒定了，为什么还要控制？
转速会变，那电流环还是恒流源吗？

lcw_swust · 发表于 2019-7-5 21:44:06

本帖最后由 lcw_swust 于 2019-7-5 21:46 编辑

anjiyifan 发表于 2019-7-5 21:40
最经典的电机转速控制系统，你要质疑，还硬是要认为自己想的是对的。我也没话可说了。

我只能说，控制系 ...

好吧，是我用词不当，上面很多地方我说的“恒压源”或“恒流源”都应加上“可调”二字，怪我太懒。
再问一下，普通玩具车，用一个固定电压去驱动电机，和用一个固定电流去驱动电机，哪个速度更稳定？

anjiyifan · 发表于 2019-7-5 21:50:18

lcw_swust 发表于 2019-7-5 21:44
好吧，是我用词不当，上面很多地方我说的“恒压源”或“恒流源”都应加上“可调”二字，怪我太懒。 ...

电流环输出量控制的的确是电压，但这个电压取多少合适呢？是根据电流环，也可以说是力矩环的输出来决定的。
你只是说了调电压，其实要调多少电压合适呢？你是没有理论支撑的。
其实要调多少电压，是采样的电机转速，和电机电流值通过刚才说的两个环经过PID调节"计算"获得的。

lcw_swust · 发表于 2019-7-5 21:57:29

anjiyifan 发表于 2019-7-5 21:50
电流环输出量控制的的确是电压，但这个电压取多少合适呢？是根据电流环，也可以说是力矩环的输出来决定的 ...

问题太多，一个个来。
普通玩具车，用下面两个电路驱动电机，哪个速度更稳定？
电压源：

电流源：

anjiyifan · 发表于 2019-7-5 22:03:48

lcw_swust 发表于 2019-7-5 21:44
好吧，是我用词不当，上面很多地方我说的“恒压源”或“恒流源”都应加上“可调”二字，怪我太懒。
再问 ...

你承认电流也是可调的就可以说明白了。负载转矩变化后，电机的输出转矩也需要跟着变化才能维持电机转速恒定。
而电流和转矩是线性关系，可以通过公式进行计算，知道要把输出控制值设置到多少，才能得到最佳转矩输出。
电压和转矩是非线性关系，系统没办法进行计算获得最佳控制值。单纯通过趋势，来调节，当然也行，只是控制性能会比较差，不能保证系统不超调，不震荡。这个系统其实就是单速度环系统。

lcw_swust · 发表于 2019-7-5 22:07:57

anjiyifan 发表于 2019-7-5 22:03
你承认电流也是可调的就可以说明白了。负载转矩变化后，电机的输出转矩也需要跟着变化才能维持电机转速恒 ...

虽然很想多交流，但很遗憾，咱没在一个频道上。睡觉觉了。

anjiyifan · 发表于 2019-7-5 22:10:38

本帖最后由 anjiyifan 于 2019-7-5 22:12 编辑

lcw_swust 发表于 2019-7-5 22:07
虽然很想多交流，但很遗憾，咱没在一个频道上。睡觉觉了。

你可以网上搜一下双闭环电机转速控制系统，看看是不是有电流环。想想为什么经典转速控制要用电流环，难道大多数人的理论都是错的?
只是技术交流，说不到一起也就算了。晚安！

cn_badboy · 发表于 2019-7-5 23:25:02

回楼上，电流环控制的是力矩，电机力矩和负载力矩的差值，和转动惯量的比值是角加速度，加速度的时间积分才是速度，速度环是外环，输出量是加速度，也就是电流的期望值。速度环不等同于电流环，上一楼和你急，没错。

天下乌鸦一般黑 · 发表于 2019-7-5 23:29:56

cn_badboy 发表于 2019-7-5 23:25
回楼上，电流环控制的是力矩，电机力矩和负载力矩的差值，和转动惯量的比值是角加速度，加速度的时间积分才 ...

是啊如果单纯恒流控制，是无法调速的，输出转矩减去外部阻力，就产生加速度了。

motor_control · 发表于 2019-7-6 09:25:03

天下乌鸦一般黑发表于 2019-7-5 23:29
是啊如果单纯恒流控制，是无法调速的，输出转矩减去外部阻力，就产生加速度了。 ...

不要做无谓的争论了！实践是检验真理的唯一标准，说得再多不如实际做出来。

时间宝贵，建议兄弟研究一下ELM SERVO，搜下就知道了。

cn_badboy · 发表于 2019-7-7 14:13:45

转速分辨率搞高一点，不要两次PID调节时转速差值为0，或者为+-1，那样必定会是一窜一窜的

xaviersw · 发表于 2020-12-26 23:28:20

学习一下

fengyunyu · 发表于 2020-12-27 10:11:40

正交编码器，电机控制

求助，直流电机双闭环调速，如何能做到极低的匀速转动...

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