伺服控制系统中的控制器优化

伺服控制系统通常有位置控制器、速度控制器和电流控制器。每一个控制器都是比例，积分和微分增益的组合，如图8-1所示。图中，积分和微分两种增益可以选择为零。在伺服控制系统中，一般情况下，位置控制器为P结构，速度和电流控制器都为PI结构。

图8-1 系统中典型PID控制器结构框图

实际上，所有的控制器都有比例增益。比例增益设置了控制器性能的边界，其控制律很简单，控制量∝偏差，运行简单，易于调试。在整个运行范围内，比例增益都是主角。然而，P控制律的主要缺点是它存在稳态误差，在存在固定扰动时，形成固定偏差。稳态误差是不可以容忍的。(www.xing528.com)

P控制器存在稳态误差的这一主要缺点，可通过在控制律中增加一个积分增益来校正。积分增益提供了稳态抗偏差能力，I增益越大，稳态抗偏差能力越强。然而，积分I有90°的相位滞后，这会减小相位裕度，常见的结果就是超调和振荡。此外，控制器中增加I，使得饱和问题变得更复杂，为避免饱和问题，在积分过程中必须采用防止饱和的措施。

能用于控制器的第三种增益是微分，或者称为D增益。D增益借助于微分的90°超前相位超前了控制回路的相位。使用D增益通常能提升系统的响应能力。但是，D增益的另一个问题是对噪声很敏感，即使来自接线或者由于分辨率所限引入的很小噪声都可以导致D增益失效。因此，通常D增益设置为零，如果使用，在大多数情况下，在D增益之后需要跟随一个低通滤波器，以减少噪声成分。