机器人控制基础：伺服驱动器使用的控制算法

伺服驱动器的控制算法是实现伺服电机高精度、高动态响应控制的核心，其核心目标是根据指令（位置、速度、扭矩）精确控制电机输出，并抑制外部扰动（如负载变化、摩擦）和内部参数变化（如温度导致的电阻 / 电感变化）的影响。

一、伺服控制的基本结构：三环控制体系

伺服驱动器的控制算法通常采用 **“位置环 - 速度环 - 电流环” 的三环嵌套结构 **，从外到内响应速度依次加快，控制精度逐层细化：

• 位置环（最外环）：接收位置指令（如脉冲、模拟量、总线指令），输出速度指令，确保电机最终位置与指令一致。
• 速度环（中间环）：接收位置环输出的速度指令，输出扭矩（电流）指令，确保电机实际速度跟踪指令速度。
• 电流环（最内环）：接收速度环输出的电流指令，控制逆变器输出电压，快速跟踪电流指令，是动态响应的核心。

这种结构的优势是 “内环抑制高频扰动，外环保证最终精度”，通过分层控制降低系统复杂度。

二、核心控制算法详解

1. 电流环控制算法（最内环，响应最快）

电流环的目标是快速跟踪电流指令，抑制电流纹波和电网扰动，是扭矩控制的基础。核心算法包括：

（1）矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）

矢量控制是目前主流的电流控制方法，通过坐标变换实现 “扭矩与磁通的解耦控制”，让交流电机控制等效于直流电机（直流电机的电枢电流与磁场电流可独立控制）。 实现步骤：