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微型電機驅動控制結構：一般說來，微型電機驅動時所關心的主要功能，就是其微電機輸出軸的轉矩M以及轉數n。這兩個參數共同作用，在合理機械結構的延展下，微電機就可以作為動力源，驅動各種設備，也就是一般自動化設備結構中的執行器。實質上，它就是将輸入信号對應地以轉矩以及轉數的形式輸出。​​我們知道電動機輸入信号是電壓或是電流，對這些電信号在時域上合理編排，并且輸出正确的電信号序列，就是控制器的功能。​

三相驅動系統框圖

上圖是一個三相驅動系統，包含三相電源，整流逆變電路，數字控制器，角度編碼器以及微型電動機，這也構成了一個基本的閉環反饋控制結構。中間的整流逆變電路即能夠實現AC/DC以及DC/AC，即交流-直流，直流-交流的轉換，在中間會用到PWM改變信号幅值以及頻率。

級聯閉環控制系統實現轉數可變的驅動

在一個級聯的閉環控制系統中，會有不止一個反饋環節來構成閉環，而是會有好幾個連續級聯的結構，有點像俄羅斯套娃。

都是外加擾動項，n*,M*,I*都是目标值。這是總體的驅動控制結構。可以适用于直流電機，同步電機以及異步電機的驅動控制。

直流電機的控制可以直接使用之前的直流電機模型、電壓、轉矩和功率，于是有 ​

使勵磁強度不變，把其他因素認為機械常數，簡稱增益K1則電樞電路感應電壓

考慮電樞電流iA暫态，電樞電感為LA，電壓方程應為：

可以改寫為：

同理，設增益K2有

并考慮轉子機械動力學方程：

轉子的轉動慣量J，機械轉數Ω=2πn，負載轉矩ML：

​如果把電樞電壓UA視為控制輸入，負載轉矩ML視為擾動輸入，則設電樞時間常數為

電樞增益

機械時間常數

對該線性系統做拉普拉斯變換：

整理可得：

系統輸入電壓輸出電流的傳遞函數Gs(s)以及擾動的傳遞函數Gz(s)，它們之間有關系：

于是可以畫出恒定勵磁下的直流電機的傳遞函數框圖​​

直流電機的傳遞函數框圖

其中TA是一階環節

的時間常數，

表示積分環節。可見，微型電機本身就有一個反饋環節，有可能自治穩定。但是由于微電機系統本身具有較大轉動慣量，所以自帶的轉數反饋用于産生感應電壓 Ui的影響，相對于快速變化的電流/轉矩而言過小，可以忽略。

如果我們希望電流完全受控，那就要引入一個完整的控制環節，比如使用PI控制器，其比例積分增益為KP，積分時間常數為Ti。​

直流電機的電流環傳遞函數框圖

其傳遞函數為：

由于控制信号會有延遲，但是影響不大，延遲時間Tst可以約化為一階環節：

忽略負載轉矩的擾動影響，則原來的電壓電流傳遞函數Gs(s)可以進一步化為時間常數分别為T1T2的極點形式：

以一些合理參數為例，其伯德圖為：

直流電機電壓電流傳遞函數伯德圖

所以電流控制開環傳遞函數為：

假設延遲時間Tst<<T1,T2,TM并且T1>T2，故取Ti=T1，則：

則電流環閉環傳遞函數為：

電流閉環增益

時間常數

，其在不同比例積分增益Kp下有不同的閉環增益和閉環時間常數。​

​直流電機電流環增益變大的伯德圖

可知，通過提高KP可以增大電流環帶寬。

如果想對直流電機的轉數進行控制，可以在電流環外面再套上一圈轉數環(速度環)，進行反饋控制。可以再度使用一個PI控制器，并忽略電機本身的轉速反饋影響，于是有速度環的框圖。

​​直流電機的速度環框圖

把延遲的積分環節融入控制環，速度環的開環傳遞函數為：

如果選取時間常數使用對稱最優，那麼隻有當Ti,n>Tg,i時，系統才能穩定，否則開環傳遞函數的相位會有φK<-π。可以從伯德圖中看出

​直流電機速度環開環伯德圖

那麼如何求出合适的比例積分增益以及時間常數呢？首先考察這個齊次項

，它的相角為：φ0=arctan(Ti,nω​)-arctan(Ti,nω​)​​​對其求導，可知其最大相角的頻率為

速度環開環傳遞函數的穿越頻率ω​d，選為最大頻率，即|FK,n(ω​m)|=1。于是相角差為：ψd=​φ​​K(ωd) π=ψ​0(ωm​)​設比例積分時間常數和電流環時間常數有關系Ti,n=a²Tg,i，則

于是相角差：

反求出：

舍去負根，則：a=a(ψd)=tan(ψd) sec(ψd)​​而開環傳遞函數的穿越頻率可得|Fk,n(ωd)|=1 ，可求：

于是速度環開環傳遞函數為：

則速度環閉環傳遞函數為：

則閉環傳遞函數伯德圖為：

​直流電機速度環閉環伯德圖

可見，穿越頻率決定了帶寬大小

最後考慮位置環的反饋控制，由于速度環形成的閉環控制回路已經近似具備低通濾波器的效果，因此考慮再進行一次一階系統的簡化近似

在位置環使用最簡單的比例控制器，其開環傳遞函數為：

于是它的閉環傳遞函數為：

​不過隻使用比例控制器會有穩态誤差，對轉子位置角精度不嚴格要求的情況下可以這麼設計。其閉環伯德圖為

直流電機位置環閉環伯德圖

最後，讓我們綜合一下前面所有的閉環控制，可以得到一張完整的嵌套式控制回路。​

​ 直流電機級聯閉環控制結構(标出反饋環結構)

直流電機的控制相對來說比較簡單，所有的控制結構都可以是線性系統，​可以使用經典控制理論诠釋和設計

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