📚 课程目录第4章交流伺服电机三环参数整定

4. 交流伺服电机三环参数整定

交流伺服驱动器的三环从内到外依次为电流环、速度环、位置环。整定时必须遵循“由内向外”的顺序：先让电流环具备足够带宽，再整定速度环，最后闭合位置环。每一环的输入是上一环的输出指令，反馈来自电机侧的电流传感器、编码器和位置检测装置。

在驱动器上电前，先确认以下条件：电机与负载已可靠连接，编码器电缆屏蔽层接地良好，驱动器母线电压在额定范围内。将位置环和速度环暂时设为纯比例（Ki=0），电流环使用驱动器默认参数或保守值。准备一个阶跃信号源，幅值取额定转速的10%~20%，避免首次整定就满速运行。

首次整定必须从低幅值阶跃开始。若出现剧烈振荡或异响，立即切断使能，检查反馈极性、编码器分辨率和电流环参数是否匹配。

电流环是内环，其带宽通常设为速度环带宽的5~10倍。在多数伺服驱动器中，电流环参数由电机电感、电阻和母线电压决定，可先使用驱动器自动辨识功能获取初始值。手动整定时，观察电流阶跃响应的上升时间，目标是在不振荡的前提下尽量缩短上升时间。

参数	典型初始值	调整方向	观察指标
Kp_cur	由 L/R 估算	增大→响应加快，过大→振荡	电流上升时间
Ki_cur	Kp_cur × R/L	增大→消除稳态误差，过大→超调	电流稳态误差

若电流阶跃响应出现高频振荡，先降低Kp_cur；若稳态电流达不到指令值，适当增大Ki_cur。电流环整定完成后，后续速度环和位置环整定不再改动电流环参数。

速度环采用PI调节器。整定目标是：阶跃速度指令下，超调量小于10%，调节时间尽可能短。先设Ki_spd=0，逐渐增大Kp_spd直到速度响应出现轻微超调，然后回调至超调消失。再加入Ki_spd，从较小值开始增大，直到稳态速度误差消除且不引起新的振荡。

速度环整定示例（教学假设）：

若速度响应出现低频摆动，通常是Kp_spd过大或Ki_spd过大；若响应迟缓且稳态误差大，则需同时增大Kp_spd和Ki_spd。速度环整定完成后，位置环才能闭合。

位置环通常采用纯比例控制（P），部分驱动器支持前馈。整定目标是：位置阶跃响应无超调或超调极小，定位时间满足工艺要求。增大Kp_pos可加快定位，但过大会引起位置超调甚至振荡。若系统存在摩擦或间隙，可适当加入速度前馈来减小跟随误差。

使用驱动器自带的示波器功能或外接采集设备，同时观察指令与实际值。判读要点：上升时间反映响应速度，超调量反映阻尼程度，调节时间反映系统稳定速度，稳态误差反映控制精度。三环整定完成后，应进行多组不同幅值的阶跃测试，确认在常用工作区间内动态性能一致。

若条件允许，可进一步做频率响应测试，观察幅频特性和相频特性，确认带宽和相位裕度满足要求。但阶跃响应已能覆盖大多数工程整定需求。