為適應(yīng)生產(chǎn)的需要，現(xiàn)代機(jī)械制造越來(lái)越要求伺服控制向高精度、高速度和高自動(dòng)化方向發(fā)展?，F(xiàn)在工業(yè)所用的大多數(shù)數(shù)控機(jī)床所采用的是位置反饋加上速度內(nèi)環(huán)控制，采用的控制方法是P-P或P-PI控制，依靠調(diào)節(jié)位置增益來(lái)滿(mǎn)足穩(wěn)定性、快速性和定位精度等要求，但由于交流伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型具有非線(xiàn)性、時(shí)變性和強(qiáng)耦合等特點(diǎn)，因而難以達(dá)到較為滿(mǎn)意的控制效果。本文所討論的反饋加前饋的復(fù)合控制方法，是由偏差及偏差變化率在線(xiàn)自動(dòng)調(diào)整比例、積分、微分$個(gè)參數(shù)，能較好地提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)性，減少跟蹤誤差，具有較強(qiáng)的魯棒性。

1 三環(huán)交流伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　三環(huán)交流伺服系統(tǒng)通常具有位置反饋、速度反饋和電流反饋的三閉環(huán)結(jié)構(gòu)形式，其中電流環(huán)和速度環(huán)均為內(nèi)環(huán)。電流環(huán)的主要作用是限制電樞電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)最大值，使系統(tǒng)具有足夠大的加速轉(zhuǎn)矩，提高系統(tǒng)的快速性，常設(shè)計(jì)為典型I系統(tǒng)，選用PI型控制器。速度環(huán)的主要作用是增強(qiáng)系統(tǒng)抗負(fù)載擾動(dòng)的能力，抑制速度波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，常設(shè)計(jì)為典型II系統(tǒng)，也選用PI型控制器。而位置環(huán)的主要作用是保證系統(tǒng)靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)跟蹤的性能，直接關(guān)系到交流伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和能否高性能運(yùn)行，是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。

2 復(fù)合控制器的設(shè)計(jì)

　　采用矢量控制的交流伺服系統(tǒng)，由于在M-T坐標(biāo)系中簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型與直流電動(dòng)機(jī)等效，并實(shí)現(xiàn)了異步電動(dòng)機(jī)的解耦，電流環(huán)和速度環(huán)按PI型調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，但PI型調(diào)節(jié)器在超調(diào)與快速性之間存在矛盾，盡管電流控制PWM的矢量調(diào)速伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)成典型I系統(tǒng)，但也存在速度誤差，且加速度誤差為無(wú)窮大。因此單一比例調(diào)節(jié)器的位置環(huán)就難以滿(mǎn)足高精度高速度特性要求，采用反饋加前饋的復(fù)合控制方法能較好地解決這一問(wèn)題。

　　2.1 模糊自校正PID控制器的設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)PID控制器的E個(gè)參數(shù)一旦調(diào)試好就固定不變了，而當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)工況發(fā)生變化時(shí)，采用固定參數(shù)PID算法就難以使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的控制目標(biāo)。為了使系統(tǒng)有較強(qiáng)的魯棒性和自適應(yīng)能力，可以在PID控制的基礎(chǔ)上引入模糊控制思想構(gòu)成模糊自校正PID控制器。

　　模糊自校正PID控制器是以偏差E和偏差變化率EC為輸入，以Kp、Kd和作為輸出。

　　式中：Kp為比例系數(shù)；Ki為積分作用系數(shù)；Kd為微分作用系數(shù)；Ti為積分作用時(shí)間常數(shù)；Td為微分作用時(shí)間常數(shù)。選定E、EC及Kp、Kd、的語(yǔ)言變量均為［負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大］，記為［NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB］。通過(guò)仿真和專(zhuān)家實(shí)驗(yàn)，可總結(jié)出Kp，Kd，個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)規(guī)則。

　　2.2 前饋控制器的設(shè)計(jì)

　　為了提高伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力，減小跟蹤誤差，在控制系統(tǒng)中引入前饋控制器，前饋控制分為速度前饋和加速度前饋，其中速度前饋的作用是減小微分增益或者測(cè)速環(huán)路阻尼所引起的跟蹤誤差，將一個(gè)與電機(jī)要求的轉(zhuǎn)速成比例的量增加到控制輸出上。加速度前饋的主要作用是減小由于慣性所帶來(lái)的跟蹤誤差，它將一個(gè)與電機(jī)期望的加速度成比例的量增加到控制輸出上。

3 仿真與實(shí)驗(yàn)

　　仿真電機(jī)為2KW的三相永磁同步伺服電機(jī)，其額定轉(zhuǎn)矩Ten=14N  m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.0088Nm2，位置檢測(cè)采用增量式光電編碼器，每秒輸出-633個(gè)脈沖，經(jīng)四倍頻后每秒輸出10000個(gè)脈沖。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用反饋加前饋的復(fù)合控制的交流伺服系統(tǒng)，對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)速度快，無(wú)超調(diào)，跟蹤偏差小，過(guò)度時(shí)間短，定位精度高。較常規(guī)PID控制有較強(qiáng)的參數(shù)變化自適應(yīng)能力，魯棒性好。