雙閉環結構

• 目前網上流傳的一些關於雙閉環的資料有很多我覺得是不對或者不夠清楚的，在這邊分享一下自己的理解，希望大家也能指點一下。

雙閉環的作用

串級控制系統是改善控制質量的有效方法之一，在過程控制中得到了廣泛的應用。所謂串級控制，就是採用兩個控制器串聯工作，外環控制器的輸出作為內環控制器的設定值，由內環控制器的輸出去操縱控制閥，從而對外環被控量具有更好的控制效果。這樣的控制系統被稱為串級系統。PID串級控制就是串級控制中的兩個控制器均為PID控制器，它增強了系統的抗干擾性(也就是增強穩定性)。

• 1. 增加系統的穩定性這點是正確的，因為電機轉速電流雙閉環的電流換增加了對電流的反饋控制，不至於使得電流過分超調。
• 2. 但有觀點認為電機雙閉環可以加速啟動，其實這點是不完全正確的，對於單閉環系統，只要允許較大的超調量，其實啟動速度是足夠快的。其實原觀點表達的意思應該是加快系統啟動到穩態的時間，也就是縮小調節時間。

單雙閉環區別

• 雙閉環比單閉環多了電流內環，用於控制電流的穩定性保證較小超調量和較好的穩定性，實際常用的簡單單閉環控制系統中，為保證電流不超過電機承受極限，往往需要進行電流截止控制，另一方便未避免積分深度飽和，也需要對積分進行限幅，而為了達到快速啟動的效果會給定較大的積分初值，如此一來，雖然可以勉強滿足控制，但其實電流超調嚴重，而且穩定性較差。為此，雙閉環可以減小電流的超調和過飽和現象，得到更加良好的控制效果。
  
  
• 圖一是雙閉環控制下的啟動電流
• 圖二是雙閉環控制下的轉速波形
• 圖三是單閉環控制下的電流波形
  

雙閉環內環的輸入問題

• 我們知道在單閉環系統中，輸入轉速差，轉速控制器會輸出對應的PWM來使得電機轉速達到期望轉速，其實我們已經默認了PWM和轉速呈正相關關係。但在雙閉環系統中，輸入轉速差，轉速控制器會輸出對應的電流大小，然後該電流與實際電流大小之差作為電流控制器的輸入，再輸出對應的PWM。這裡面的疑問就是，我們怎麼知道轉速控制器對應特定轉速差輸出的對應電流大小應該是多少。(實際操作上我們其實就是瞎調pid而已，但其蘊含的原理是什麼呢）

答：輸出=速度誤差×轉動慣量/(取樣時間×轉矩係數)=(速度誤差/取樣時間)×

即轉矩最適電流=速度差*p，由於該過程不一定線性，因此需要積分環節控制存在。

• 在解答中，我們揭示了在一定程度上，轉矩電流與轉矩成正比，進而與轉速差成正比，這樣一來確定了輸入轉速差，我們應該輸出多少電流，就好像單閉環系統中，輸入轉速差，我們知道應該輸出多少PWM一樣，這裡面同樣有對應關係，但往往我們都將其當作黑箱操作，而事實上雙閉環在調參的過程中也是當作黑箱操作的，這邊只是在原理上為大家弄清楚電流和轉速差的對應關係。