Instruction Manual

运动控制功能原理介绍 75
PCI-8254 / PCI-8258
4.2 闭路控制 (Closed-loop Control)
4.2.1 闭路控制介绍
闭路控制系统的原理是：在发出命令后，会通过传感器对运动过程
中系统的输出信号进行采样并反馈，接着会将命令与反馈信号进行
比较，然后会得到一个误差 (error) 信号，并将此误差信号发送到控
制器中。由于控制器架构是根据预先建立好的实际系统动态
(System Dynamic) 设计的，因此控制器接收到误差信号后会合成制
动信号并发送到制动器内，以减少误差，并降低外界干扰或噪声，
从而使系统输出逐渐完成命令。
一般而言，工业界常用的控制器为 PID 控制器 (PID controller) 形
式，因其架构简单且其控制性能可满足绝大部分工业控制需求，故
被广泛的使用。本控制器使用 PID 加上速度和加速度前馈控制
(PID+Velocity and acceleration feedforward) 的设计，其伺服更新
速度 (servo update rate) 可高达 20KHz，因此整体控制性能也跟着
大幅提升。
下面我们先讨论 PID 控制器，一种连续时间 (continuous-time) 标准
PID 控制器的数字形式
其中 代表了比例控制 (Proportional control)，积分控制 (Integral
control)，与微分控制 (Derivative control) 的合成控制量， 为增益
(gain)， 为积分时间常数， 为微分时间常数。以下将讨论各控
件对系统性能的影响。
a
比例控制 (Propotional Control)
从时域 (Time-domain) 上观察，增加比例增益 (Proportional gain) 可
加快响应速度，因为在频域 (Frequency-domain) 上来看，系统的带
宽同时也增加了，但反过来说相对稳定度 (Stability) 却降低了，原因
在于增益边界 (Gain margin) 减少了，因此系统容易震荡。比例控制
另一个重要功能则是减少稳态误差 (Steady-state error)。
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
++=
∫
dt
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preliminary