外行聊伺服控制基础 之三

华丽转身

上回说到伺服控制逻辑，今天续上。下图就是一个伺服系统的方框图，这是一个反馈自调节系统。个人感觉，伺服控制系统和数学上的迭代寻优的思想是一样的，两者都需要一个重复反馈过程，以最终达到目标，注意这里的重复两个字，如果伺服系统只反馈一次，那么精度就满足不了，必须不断地去重复循环这个过程，才能达到最终的控制精度。同样，我们用迭代思想去算数学题的时候，也是需要重复重复再重复，没有这个过程就到不了最终的目的地。


继续分析方框图，针对整个控制系统有两个输入，一个是基准输入，这是整个系统需要跟随的信号，就像是乐队总指挥手上的指挥棒，是整个乐队/系统需要时刻跟随的；另一个是负反馈信号输入，引入这个信号就是为了实现一个反馈迭代的计算，因为如果没有反馈的话，迭代就无从谈起了。而且有了这个负反馈信号，我们就可以知道系统对基准输入的跟随是否足够好，我们只要看基准信号和反馈信号的误差就知道了，误差越小，跟随地越好，误差越大，跟随地越差。这是一个很重要的规律，必须时刻记住它。


好了，有了误差信号了，那我们如何去调节系统去减小误差呢？第一个想到的办法就是，比例控制，误差越大，调节信号也越大，就像开车一样，距离目的地远，我们就加大点油门。但是考虑一个问题，如果我们的油门加猛了，就会出现过冲的问题，人在开车的时候是可以凭感觉去感觉出来，那么对于伺服系统，它们如何去感知呢，这时就引入一个微分控制，对误差曲线做一个微分，看斜率是否太大，如果太大，系统就预判到车子可能过冲了，这时就稍微收收油。考虑另一个问题，如果我们车子陷在泥地里一直打滑，如果人开车，那么我们知道再加点油门，冲过去，但是对于系统而言，误差信号不变，所以调节信号也不变，它是不会自动去加大调节信号的，这时就需要引入一个积分信号，对误差曲线做一个积分，看积分面积，积分面积越大，那么调节信号也越大，相当于，你打滑时间越长，油门越需要踩深一点。这就是控制系统里面的无敌的PID算法，写成表达式为

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大侠，伺服系统三大指标：稳态精度，超调量，响应时间，你只说了一个，在大部分情况下，只要时间足够长，稳态精度可以相当高，高到你的检测极限，但是没有实际意义。负反馈的意义你没有理解，负反馈系统是归零输入，当反馈信号与输入信号有差值时，不断调整趋向于零，当然也有因设计或其它原因不能实现的，这就是如何评估一个系统好坏了。然后，你对PID如何调整特性的理解是完全错误的，想必是外行看了外行的书籍，哈哈，我们正经玩自控的，都是规规矩矩写传函，不是写你那样的微分方程，PID就相当于一阶系统和二阶系统叠加到一起，都有公式解的，不复杂，整理后各项系数的含义也很明确，怎么调节非常清晰。最后说一句，你的图画错了，左面圆圈有算符，你所谓的控制器是下位控制器，一般和放大器画一起，编码器实际中要带一个放大器，电机反馈和负载反馈仅在刚性直驱时等效，差别很大，大闭环小闭环双反馈各有用途。