级联位置控制：其工作原理
什么是级联位置控制？
级联位置控制是带位置控制的伺服驱动器的标准控制器架构。它不直接将位置误差转换为扭矩命令，而是使用多个嵌套的控制回路——外部位置控制回路、中间速度控制回路和内部电流/扭矩控制回路。
为什么这很重要？
单个 PID 控制器将位置误差直接转换为扭矩指令（即“简单 PID”），在数学上很简单，但在实际应用中存在显著限制。级联架构具有以下关键优势：
- 更高的调节精度——每个调节回路都可以独立优化
- 更好的稳定性——快速内部控制回路在较慢的外部控制回路介入之前就稳定了系统
- 自然限制——速度和电流限制可直接插入级联阶段之间
- 更简单的调谐——从内到外进行协调，每个阶段都可以认为是稳定的
它是如何运作的？
三个控制回路以不同的频率工作——内部控制回路速度最快：
1. 外部控制回路——位置控制器（4 kHz）：将设定位置与实际位置进行比较，并通过 PID 控制器计算出设定速度。在正常运行中，使用 PI-P 配置：位置控制器中的比例和积分部分，速度控制器中的比例部分。
2. 中间控制回路——速度控制器（4 kHz）：将目标速度与实际速度进行比较，并计算目标转矩指令。防风限制保护积分器免于溢出。
3. 内部控制回路——电流/转矩控制器（16 kHz）：通过场导向控制（FOC）将转矩指令转换为电机相位的 PWM 信号。在 SOMANET 驱动器上，该控制回路采用模型预测死区控制。
调谐策略：调谐总是从内到外进行——首先调谐速度控制器（将 Kp 增加到稳定极限，然后减少到 90%），然后调谐位置控制器。最后谨慎地添加积分部分。
参数存储在位置控制器对象（0x2012）中：子索引 1-4 用于位置控制器（Kp、Ki、Kd、积分限制），子索引 5-8 用于速度控制器。
SOMANET 如何实现这一点？
在 SOMANET 驱动器上，级联位置控制是标准控制模式。OBLAC Drives 提供自动调谐功能，该功能可执行系统识别，并自动计算两个级联级别的优化增益。随后，可以手动对增益进行微调。
除了级联模式外，还有一种“简单 PID”模式，它将位置误差直接转换为扭矩指令。但 Synapticon 建议在生产应用中使用级联模式。
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