電流環(huán)運(yùn)算轉(zhuǎn)矩控制

轉(zhuǎn)矩控制方式是通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來(lái)設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10V對(duì)應(yīng)5Nm的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時(shí)電機(jī)軸輸出為2.5Nm:如果電機(jī)軸負(fù)載低于2.5Nm時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，外部負(fù)載等于2.5Nm時(shí)電機(jī)不轉(zhuǎn)，大于2.5Nm時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)（通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生）?？梢酝ㄟ^(guò)即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來(lái)改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過(guò)通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn) 。2100433B

速度環(huán)運(yùn)算是伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的一環(huán)。速度環(huán)的輸入就是位置調(diào)節(jié)后的輸出以及位置設(shè)定的前饋值，速度環(huán)輸入值和速度環(huán)反饋值進(jìn)行比較后的差值在速度環(huán)做PID調(diào)節(jié)（主要是比例增益和積分處理）后輸出到電流環(huán)。速度環(huán)的反饋來(lái)自于編碼器的反饋后的值經(jīng)過(guò)“速度運(yùn)算器”得到的。速度環(huán)控制包含了速度環(huán)和電流環(huán) 。

動(dòng)伺服一般都是三環(huán)控制系統(tǒng)，從內(nèi)到外依次是電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)。電流環(huán)就是控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的，所以在轉(zhuǎn)矩模式下驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)算最小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)最快。任何模式都必須使用電流環(huán)，電流環(huán)是控制的根本，在系統(tǒng)進(jìn)行速度和位置控制的同時(shí)系統(tǒng)也在進(jìn)行電流/轉(zhuǎn)矩的控制以達(dá)到對(duì)速度和位置的相應(yīng)控制。

速度模式是指通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PD控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測(cè)位置信號(hào)，此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)就由直接的最終負(fù)載端的檢測(cè)裝置來(lái)提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過(guò)程中的誤差，增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度 。

根據(jù)對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)的分析，為了使系統(tǒng)性能達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，在設(shè)計(jì)速度環(huán)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮以下要求。

（1）速度環(huán)串聯(lián)校正裝置應(yīng)當(dāng)包含一個(gè)積分環(huán)節(jié)，以克服伺服電機(jī)死區(qū)和功率放大器漂移造成的靜態(tài)誤差，保證靜態(tài)精度指標(biāo)，提高系統(tǒng)靜態(tài)剛度。

（2）把速度環(huán)閉環(huán)特性設(shè)計(jì)成過(guò)阻尼的，使它的主極點(diǎn)成為一對(duì)實(shí)極點(diǎn)。這樣有利于克服干摩擦影響，改善伺服系統(tǒng)低速運(yùn)行特性。另外，前饋補(bǔ)償裝置(它的傳遞函數(shù)等于速度環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)的倒數(shù))可以用一對(duì)簡(jiǎn)單的比例加微分環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，以利于展寬系統(tǒng)頻帶。

（3）互相聯(lián)接的各元、部件之間信號(hào)電平相匹配 。2100433B

原碼加減運(yùn)算

對(duì)原碼表示的兩個(gè)數(shù)進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)，符號(hào)位不參與運(yùn)算，僅僅是兩數(shù)的絕對(duì)值參與運(yùn)算。計(jì)算機(jī)的實(shí)際操作是加還是減，不僅取決于指令的操作碼，還取決于兩個(gè)操作數(shù)的符號(hào)，例如：加法時(shí)可能要做減法（兩數(shù)異號(hào)）；減法時(shí)又可能做加法（兩數(shù)異號(hào)），所以原碼加減運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)是比較復(fù)雜的 。

補(bǔ)碼加減運(yùn)算

1.補(bǔ)碼加法

兩個(gè)補(bǔ)碼表示的數(shù)相加，符號(hào)位參加運(yùn)算，且兩數(shù)和的補(bǔ)碼等于兩數(shù)補(bǔ)碼之和，即

[X Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ) [Y]補(bǔ)

2.補(bǔ)碼減法

根據(jù)補(bǔ)碼加法公式可推出：

[X-Y]補(bǔ)=[X (-Y)]補(bǔ)=[X]補(bǔ) [-Y]補(bǔ)

已知[Y]補(bǔ)求[-Y]補(bǔ)的方法是：將[Y]補(bǔ)連同符號(hào)位一起求反，末尾加“1”。 [-Y]補(bǔ)被稱為[Y]補(bǔ)的機(jī)器負(fù)數(shù)，由[Y]補(bǔ)求[-Y]補(bǔ)的過(guò)程稱為對(duì)[Y]補(bǔ)變補(bǔ)（求補(bǔ)），表示為：

[-Y]補(bǔ)=[[Y]補(bǔ)]變補(bǔ)

注意將“某數(shù)的補(bǔ)碼表示”與“變補(bǔ)”這兩個(gè)概念區(qū)分開(kāi)來(lái)。一個(gè)負(fù)數(shù)由原碼表示轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼表示時(shí)，符號(hào)位是不變的，僅對(duì)數(shù)值位的各位變反，末尾加“1”。而變補(bǔ)則不論這個(gè)數(shù)的真值是正是負(fù)，一律連同符號(hào)位一起變反，末尾加“1”。[Y]補(bǔ)表示的真值如果是正數(shù)，則變補(bǔ)后[-Y]補(bǔ)所表示真值變?yōu)樨?fù)數(shù)，反之亦然。

3.補(bǔ)碼加減運(yùn)算規(guī)則

補(bǔ)碼加減運(yùn)算規(guī)則如下：

(1)參加運(yùn)算的兩個(gè)操作數(shù)均用補(bǔ)碼表示；

(2)符號(hào)位作為數(shù)的一部分參加運(yùn)算；

(3)若做加法，則兩數(shù)直接相加；若做減法，則將被減數(shù)與減數(shù)的機(jī)器負(fù)數(shù)相加；

(4)運(yùn)算結(jié)果用補(bǔ)碼表示。

4.符號(hào)擴(kuò)展

在計(jì)算機(jī)算術(shù)運(yùn)算中，有時(shí)必須將采用給定位數(shù)表示的數(shù)轉(zhuǎn)換成具有更多位數(shù)的某種表示形式。例如某個(gè)程序需要將一個(gè)8位數(shù)與另外一個(gè)32位數(shù)相加。要想得到正確的結(jié)果，在將8位數(shù)與32位數(shù)相加之前，必須將8位數(shù)轉(zhuǎn)換成32位數(shù)形式，這被稱為“符號(hào)擴(kuò)展”。

對(duì)于補(bǔ)碼，符號(hào)擴(kuò)展方法是：原有符號(hào)位保持不變，若為正數(shù)則所有附加位都用0進(jìn)行填充，若為負(fù)數(shù)則所有附加位都用1進(jìn)行填充。也可以理解為是用符號(hào)位來(lái)填充附加的高位 。

補(bǔ)碼的溢出判斷與檢測(cè)方法

1.溢出的產(chǎn)生

在補(bǔ)碼加減運(yùn)算中，有時(shí)會(huì)遇到這樣的情況：兩個(gè)正數(shù)相加，而結(jié)果的符號(hào)位卻為1（結(jié)果為負(fù)）；兩個(gè)負(fù)數(shù)相加，而結(jié)果的符號(hào)位卻為0（結(jié)果為正）。

設(shè)參加運(yùn)算的兩數(shù)為X、Y，做加法運(yùn)算。

若X、Y異號(hào)，不會(huì)溢出。

若X、Y同號(hào)，運(yùn)算結(jié)果為正且大于所能表示的最大正數(shù)或運(yùn)算結(jié)果為負(fù)且小于所能表示的最小負(fù)數(shù)（絕對(duì)值最大的負(fù)數(shù)）時(shí)，產(chǎn)生溢出。將兩正數(shù)相加產(chǎn)生的溢出稱為正溢；反之，兩負(fù)數(shù)相加產(chǎn)生的溢出稱為負(fù)溢。

2.溢出檢測(cè)方法

設(shè)：被操作數(shù)為：[X]補(bǔ)=Xs,X1X2…Xn

操作數(shù)為：[Y]補(bǔ)=Ys,Y1Y2…Yn

其和（差）為：[S]補(bǔ)=Ss,S1S2…Sn

(1)采用一個(gè)符號(hào)位

兩正數(shù)相加，結(jié)果為負(fù)表明產(chǎn)生正溢；兩負(fù)數(shù)相加，結(jié)果為正表明產(chǎn)生負(fù)溢。因此可得出采用一個(gè)符號(hào)位檢測(cè)溢出的方法：

當(dāng)Xs=Ys=0，Ss=1時(shí)，產(chǎn)生正溢。

當(dāng)Xs=Ys=1，Ss=0時(shí)，產(chǎn)生負(fù)溢。

(2)采用進(jìn)位位

兩數(shù)運(yùn)算時(shí)，產(chǎn)生的進(jìn)位為Cs,C1C2…Cn，其中：Cs為符號(hào)位產(chǎn)生的進(jìn)位，C1為最高數(shù)值位產(chǎn)生的進(jìn)位。

兩正數(shù)相加，當(dāng)最高有效位產(chǎn)生進(jìn)位（C1=1）而符號(hào)位不產(chǎn)生進(jìn)位（Cs=0）時(shí)，發(fā)生正溢。

兩負(fù)數(shù)相加，當(dāng)最高有效位沒(méi)有進(jìn)位（C1=0）而符號(hào)位產(chǎn)生進(jìn)位（Cs=1）時(shí)，發(fā)生負(fù)溢。

(3)采用變形補(bǔ)碼（雙符號(hào)位補(bǔ)碼）

在雙符號(hào)位的情況下，把左邊的符號(hào)位Ss1叫做真符，因?yàn)樗砹嗽摂?shù)真正的符號(hào)，兩個(gè)符號(hào)位都作為數(shù)的一部分參加運(yùn)算。這種編碼又稱為變形補(bǔ)碼。

雙符號(hào)位的含義如下：

Ss1Ss2=00 結(jié)果為正數(shù)，無(wú)溢出；

Ss1Ss2=01 結(jié)果正溢；

Ss1Ss2=10 結(jié)果負(fù)溢；

Ss1Ss2=11 結(jié)果為負(fù)數(shù)，無(wú)溢出。

當(dāng)兩位符號(hào)位的值不一致時(shí)，表明產(chǎn)生溢出。溢出=Ss1⊕Ss2 。