使用一個電機A，不帶負(fù)載時，如果設(shè)置比例增益參數(shù)為0.3。通過帶有一定的彈性機構(gòu)連接負(fù)載到該電機上，負(fù)載和電機的總慣量比空電機大，那么比例參數(shù)0.3會會顯得太大了，還是太小了呢？

由電機驅(qū)動的機械系統(tǒng)可以通過所謂的雙質(zhì)點系統(tǒng)進行簡化描述。

這兩個載荷之間的連接，即耦合，由剛度（c）和阻尼（d）來進行描述。

圖 1?1 雙質(zhì)點系統(tǒng)

在頻域中，系統(tǒng)具有以下頻率響應(yīng)：

圖 2-2速度控制系統(tǒng)頻率響應(yīng)

兩個不同的頻率，可以觀測到耦合到電機的負(fù)載。

• 零點
  

• 極點

過了零點頻率，相關(guān)負(fù)載與電機/系統(tǒng)解耦。這意味著，控制系統(tǒng)不可能在高于零點頻率驅(qū)動負(fù)載，從電機到負(fù)載的能量傳輸斷開。較低的線與較高的線相比，較低的級意味著的轉(zhuǎn)動慣量更大。

對于理想的雙質(zhì)點系統(tǒng)，系統(tǒng)的總慣量可以通過鎖定轉(zhuǎn)子頻率(零點)的左側(cè)讀取到。在共振頻率右側(cè)，由于負(fù)載慣量已經(jīng)解耦 – 對于控制系統(tǒng)來說只有電機慣量可見。

零點表明在這個頻率上存在比當(dāng)前負(fù)載高的多的慣量。負(fù)載的運動非常消耗能量 - 它消除了電機的運動。

相反，極點表明似乎系統(tǒng)中存在非常小的慣量。在這種情況下，電機不必為了移動負(fù)載使用那么多的能量 – 負(fù)載“推動”電機。

通常會認(rèn)為速度環(huán)的比例系統(tǒng)是正比于慣量大小的，但是由于彈性和雙質(zhì)點系統(tǒng)的存在，系統(tǒng)會在特定頻率變得不穩(wěn)定。

由于耦合的彈性，出現(xiàn)諧振頻率時，電機面對的慣量比電機本身慣量小得多。此時負(fù)載“推動”電機，因此則對應(yīng)的Kp太大了。

帶上負(fù)載后機械方面可以增加電機與負(fù)載的連接剛性，控制方面可以通過電流環(huán)設(shè)定值濾波器來消除極點，或者設(shè)置合適的Kp來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。

將一個負(fù)載懸掛在電機軸的側(cè)面，如果不進行閉環(huán)控制則受重力影響負(fù)載直接掉落。此時激活速度閉環(huán)，如果僅有比例控制生效，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象呢？如果只有積分生效，則又會產(chǎn)生什么現(xiàn)象呢？

速度控制器是PI控制器。比例對應(yīng)于與設(shè)定值有關(guān)的電機阻尼，積分器的積分時間就像一個彈簧。

速度控制器可以通過兩種策略進行優(yōu)化：

• 干擾最佳

高控制器增益。電機跟隨設(shè)定值效果非常好。電機側(cè)擾動可以得到最佳補償，缺點是負(fù)載的連接剛度不足時容易震蕩。

如果連接剛度不足，電機側(cè)的編碼器“看不到”負(fù)載側(cè)發(fā)生的情況。

• 阻尼最佳

控制器故意設(shè)置為弱，以便控制器作為“彈簧”而不是電機：負(fù)載耦合振蕩。

但是，電機側(cè)的干擾（例如齒輪）可能會產(chǎn)生負(fù)面影響，會對負(fù)載側(cè)產(chǎn)生影響，因為控制器沒有完全抑制他們。

優(yōu)化一般分兩步完成：

?比例增益優(yōu)化（Kp）

?積分時間優(yōu)化（Tn）

優(yōu)化速度控制器增益，PI控制器的積分環(huán)節(jié)必須停用。

通過設(shè)置Tn = 0或設(shè)置很長的積分時間來完成，例如1000ms。在速度控制器增益Kp已經(jīng)優(yōu)化后，再進行積分時間的優(yōu)化。

典型的目標(biāo)是將比例增益系數(shù)設(shè)置得足夠高，以獲得機器動態(tài)要求，但同時保持控制環(huán)的穩(wěn)定性。

如果只有控制器的P部分有效，負(fù)載仍會下降向下，但如同在粘性液體中，下降會產(chǎn)生阻尼效果，更大Kp增加更多的阻尼效果。

只有積分部分，負(fù)載僅在停止前下降到某個角度。可以想象彈簧會受到壓縮，從而負(fù)載減速下降（當(dāng)彈簧力=重量的扭矩時達到靜止）。積分時間越短，負(fù)載越快停止。如果移除負(fù)載，電機會“彈回”到初始位置。

外部負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量與電機轉(zhuǎn)動慣量之比多少合適？

慣量比是用于評估系統(tǒng)動態(tài)特性的指標(biāo)。

1.電機慣量越小，對于相同的負(fù)載從頻域角度看，導(dǎo)致震蕩的幅值增加：

2.電機的慣量越小，對于相同的負(fù)載從時域上看，超調(diào)的現(xiàn)象越嚴(yán)重：

3.電機不論慣量大小，在完成動態(tài)調(diào)整過程結(jié)束后，設(shè)定值和實際值趨于一致：

難以概括慣量比的通用的有效慣量比數(shù)值，因為根據(jù)電機連接剛度（轉(zhuǎn)子和機器軸）和所需的負(fù)載周期（加速/減速）而不同，慣量比必須針對每個特定應(yīng)用而評估。

?在 機床加工設(shè)備中 適合的比值大約3 。 

?在 生產(chǎn)機器 領(lǐng)域的限制往往可以增加。

?特別是在純速度控制軸中，比例可以進一步提高。根據(jù)所需的負(fù)載周期，慣量比可以是 50：1，或者對于更低動態(tài)需求的應(yīng)用中，甚至是 2000：1。