為適應(yīng)生產(chǎn)的需要，現(xiàn)代機械制造越來越要求伺服控制向高精度、高速度和高自動化方向發(fā)展?，F(xiàn)在工業(yè)所用的大多數(shù)數(shù)控機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)位置增益來滿足穩(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)學模型具有非線性、時變性和強耦合等特點，因而難以達到較為滿意的控制效果。本文所討論的反饋加前饋的復合控制方法，是由偏差及偏差變化率在線自動調(diào)整比例、積分、微分$個參數(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態(tài)過程中不超過最大值，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)的主要作用是增強系統(tǒng)抗負載擾動的能力，抑制速度波動，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差，常設(shè)計為典型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行，是設(shè)計的關(guān)鍵所在。

2 復合控制器的設(shè)計

　　采用矢量控制的交流伺服系統(tǒng)，由于在M-T坐標系中簡化的數(shù)學模型與直流電動機等效，并實現(xiàn)了異步電動機的解耦，電流環(huán)和速度環(huán)按PI型調(diào)節(jié)器設(shè)計容易實現(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)計成典型I系統(tǒng)，但也存在速度誤差，且加速度誤差為無窮大。因此單一比例調(diào)節(jié)器的位置環(huán)就難以滿足高精度高速度特性要求，采用反饋加前饋的復合控制方法能較好地解決這一問題。

　　2.1 模糊自校正PID控制器的設(shè)計

　　傳統(tǒng)PID控制器的E個參數(shù)一旦調(diào)試好就固定不變了，而當系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)工況發(fā)生變化時，采用固定參數(shù)PID算法就難以使系統(tǒng)達到預期的控制目標。為了使系統(tǒng)有較強的魯棒性和自適應(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為積分作用時間常數(shù)；Td為微分作用時間常數(shù)。選定E、EC及Kp、Kd、的語言變量均為［負大，負中，負小，零，正小，正中，正大］，記為［NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB］。通過仿真和專家實驗，可總結(jié)出Kp，Kd，個參數(shù)的調(diào)節(jié)規(guī)則。

　　2.2 前饋控制器的設(shè)計

　　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速環(huán)路阻尼所引起的跟蹤誤差，將一個與電機要求的轉(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的跟蹤誤差，它將一個與電機期望的加速度成比例的量增加到控制輸出上。

3 仿真與實驗

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

4 結(jié)束語

　　實驗結(jié)果表明，采用反饋加前饋的復合控制的交流伺服系統(tǒng)，對輸入信號的響應(yīng)速度快，無超調(diào)，跟蹤偏差小，過度時間短，定位精度高。較常規(guī)PID控制有較強的參數(shù)變化自適應(yīng)能力，魯棒性好。