电机电流波形上偏或下偏（初解电机中的电流内环）

1.电流内环、电压外环

从控制设计的角度解释：整个反馈系统是为了控制电机速度，因此，首先使用电压环控制。然后发现即使有了电压环，还要调整输出转矩和负载匹配，才能得到更好的调速特性，因此，在电压环的基础上，在控制对象的前面加上了电流环调整转矩和负载匹配。简而言之，电压环是主体，电流环是个补丁。

从稳压电路控制环路的历史发展过程：最早期是单电压环控制，这种控制方式最直接也最容易理解，但是后来对于系统的负载调制率和相应速度要求的不断提高，单电压环控制越来越力不从心，因为电压是一个经过电感和电容后的表现值，属于二阶系统，其滞后性很大，环路控制相应慢；于是就加入电流内环，电流是经过电感的表现值，属于一阶系统，其对系统变化的敏感度大大好于电压环，因此才有了经典的双环控制方法。

2.PID调节

PID，就是“比例P（proportional）、积分I（integral）、微分D（differential）”，是一种很常见的控制算法。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

就是类似于需要将某一个物理量“保持稳定”的场合（比如维持平衡，稳定温度、转速等），PID都会派上大用场。

对于小白的我来说还是有点迷糊，这里我将以一个简单例子讲解PID调节，例如：我想控制一个“热得快”，让一锅水的温度保持在50℃。你一定在想，这么简单的任务，为啥要用到微积分的理论呢。让我来，小于50度就让它加热，大于50度就断电，不就行了？几行代码分分钟写出来。

没错，在要求不高的情况下，确实可以这么干！如果换一种应用场景，你就发现有问题了，如果是洗澡水呢（当然不是50度的洗澡水，打个比方），那会忽冷忽热，这哪能受得了，所以，在大多数场合中，用“开关量”来控制一个物理量，就显得比较简单粗暴了。有时候，是无法保持稳定的。因为单片机、传感器不是无限快的，采集、控制需要时间。而且，控制对象具有惯性。比如你将一个加热器拔掉，它的“余热”（即热惯性）可能还会使水温继续升高一小会。

这时，就需要一种『算法』：

• 它可以将需要控制的物理量带到目标附近
• 它可以“预见”这个量的变化趋势
• 它也可以消除因为散热、阻力等因素造成的静态误差
• ....

于是，PID顺势而出，你应该已经知道了，P，I，D是三种不同的调节作用，既可以单独使用（P，I，D），也可以两个两个用（PI，PD），也可以三个一起用（PID）。

这三种作用有什么区别呢？客官别急，听我慢慢道来

我们先只说PID控制器的三个最基本的参数：kP,kI,kD。

kP

P就是比例的意思。它的作用最明显，原理也最简单。我们先说这个：

需要控制的量，比如水温，有它现在的『当前值』，也有我们期望的『目标值』。

• 当两者差距不大时，就让加热器“轻轻地”加热一下。
• 要是因为某些原因，温度降低了很多，就让加热器“稍稍用力”加热一下。
• 要是当前温度比目标温度低得多，就让加热器“开足马力”加热，尽快让水温到达目标附近。

这就是P的作用，跟开关控制方法相比，是不是“温文尔雅”了很多。

实际写程序时，就让偏差（目标减去当前）与调节装置的“调节力度”，建立一个一次函数的关系，就可以实现最基本的“比例”控制了。

kP越大，调节作用越激进，kP调小会让调节作用更保守。

kD

D的作用更好理解一些，所以先说说D，最后说 I。

刚才我们有了P的作用。你不难发现，只有P好像水温也控制得晃晃悠悠，好像整个系统不是特别稳定，总是在“抖动”。

你心里设想一个弹簧：现在在平衡位置上。拉它一下，然后松手。这时它会震荡起来。因为阻力很小，它可能会震荡很长时间，才会重新停在平衡位置。

请想象一下：要是把上图所示的系统浸没在水里，同样拉它一下 ：这种情况下，重新停在平衡位置的时间就短得多。

我们需要一个控制作用，让被控制的物理量的“变化速度”趋于0，即类似于“阻尼”的作用。

因为，当比较接近目标时，P的控制作用就比较小了。越接近目标，P的作用越温柔。有很多内在的或者外部的因素，使控制量发生小范围的摆动。

D的作用就是让物理量的速度趋于0，只要什么时候，这个量具有了速度，D就向相反的方向用力，尽力刹住这个变化。

kD参数越大，向速度相反方向刹车的力道就越强。

如果是控制水温，加上P和D两种控制作用，如果参数调节合适，它应该可以站起来了。等等，PID三兄弟好想还有一位。看起来PD就可以让物理量保持稳定，那还要I干嘛？

因为我们忽视了一种重要的情况。

kI

还是以热水为例。假如有个人把我们的加热装置带到了非常冷的地方，开始烧水了。需要烧到50℃。在P的作用下，水温慢慢升高。直到升高到45℃时，他发现了一个不好的事情：天气太冷，水散热的速度，和P控制的加热的速度相等了。

这可怎么办？

• P兄这样想：我和目标已经很近了，只需要轻轻加热就可以了。
• D兄这样想：加热和散热相等，温度没有波动，我好像不用调整什么。

于是，水温永远地停留在45℃，永远到不了50℃。

作为一个人，根据常识，我们知道，应该进一步增加加热的功率。可是增加多少该如何计算呢？

前辈科学家们想到的方法是真的巧妙：设置一个积分量。只要偏差存在，就不断地对偏差进行积分（累加），并反应在调节力度上。

这样一来，即使45℃和50℃相差不太大，但是随着时间的推移，只要没达到目标温度，这个积分量就不断增加。系统就会慢慢意识到：还没有到达目标温度，该增加功率啦！到了目标温度后，假设温度没有波动，积分值就不会再变动。这时，加热功率仍然等于散热功率。但是，温度是稳稳的50℃。

kI的值越大，积分时乘的系数就越大，积分效果越明显。

所以，I 的作用就是，减小静态情况下的误差，让受控物理量尽可能接近目标值。

I 在使用时还有个问题：需要设定积分限制。防止在刚开始加热时，就把积分量积得太大，难以控制。

好了，这就是PID的全部基本解释。

那么，PID到底如何实现呢，

可以编程实现，但并非只能编程实现。PID控制器有以下两种实现方式：

一是模拟PID控制，指令信号和反馈信号都是电信号模拟量形式，使用比较电路、放大电路、积分电路、微分电路等模拟电路实现PID控制器算法，输出控制量也是电信号模拟量形式，通过合适的方式再作用在控制执行机构中。

二是数字PID控制，使用AD转换将指令信号和反馈信号转换为程序能够处理的数字信号，使用程序按照数字PID控制器公式编程就可实现，计算出的控制量是数字信号形式，直接或经过DA转换后作用到控制执行机构中。

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