三环控制算法 · 深度解析课程目录

01三环控制概述

什么是三环控制（电流环、速度环、位置环），三环控制在伺服系统/机器人中的应用，三环控制的基本架构与信号流。

02电流环（内环）原理

电流环的作用与重要性，电流采样与反馈（霍尔、电阻采样），PI控制器在电流环中的应用，电流环带宽设计。

03电流环实现

电流环的离散化（双线性变换），电流环的C代码实现（定时器中断），电流环的调试与参数整定（Ziegler-Nichols法）。

04速度环（中环）原理

速度环的作用，速度测量方法（编码器、M法、T法），速度环的PI控制器设计，速度环与电流环的级联关系。

05速度环实现

速度环的离散化与代码实现，速度环的积分限幅与抗饱和，速度环的带宽与稳定性分析，速度环调试经验。

06位置环（外环）原理

位置环的作用，位置检测（绝对式/增量式编码器），位置环的P控制器与PD控制器，位置环的轨迹规划基础。

07位置环实现

位置环的离散化与代码实现，位置环的前馈控制，位置环的S曲线加减速，位置环的稳态误差与跟随误差。

08三环级联分析

三环的带宽分配原则（内环快、外环慢），级联系统的稳定性判据，三环的截止频率设计，三环的相位裕度与幅值裕度。

09三环控制中的滤波器

低通滤波器（一阶RC、二阶巴特沃斯），陷波滤波器（机械谐振抑制），滤波器的数字实现（IIR、FIR），滤波器对带宽的影响。

10抗饱和策略

积分饱和现象，条件积分法，变增益积分法，抗饱和的C代码实现。

前馈的基本原理，速度前馈与加速度前馈，前馈系数的整定，前馈对跟随误差的改善。

12非线性补偿

摩擦力补偿（库仑摩擦、粘滞摩擦），齿槽转矩补偿，死区补偿，非线性补偿的工程实现。

龙伯格观测器原理，基于观测器的速度估计，基于观测器的扰动补偿，观测器的离散化实现。

14参数自整定

自整定原理，继电反馈法，基于模型的自整定，自整定的工程应用。

H∞控制基础，滑模控制在三环中的应用，自适应控制与三环结合，鲁棒控制的工程权衡。

16数字信号处理

采样定理与混叠，量化误差与分辨率，数字滤波器的设计，DSP/FPGA实现要点。

直流电机模型，永磁同步电机（PMSM）模型，无刷直流电机（BLDC）模型，电机参数辨识。

Clark变换，Park变换，逆变换，坐标变换在FOC中的应用。

空间矢量调制原理，SVPWM的扇区判断，SVPWM的占空比计算，SVPWM的C代码实现。

20FOC（磁场定向控制）

FOC基本原理，Id=0控制，MTPA控制，弱磁控制，FOC的三环实现。

21DTC（直接转矩控制）

DTC原理，滞环比较器，开关表，DTC与FOC的对比。

电子齿轮与电子凸轮，多轴同步控制策略，主从控制与虚轴控制，同步误差补偿。

机械谐振分析，陷波滤波器设计，加速度反馈，振动抑制的工程案例。

能量回馈制动，最优效率控制，再生制动控制，能量优化的工程实现。

电流过流检测，速度超速检测，位置丢失检测，故障诊断的软件实现。

CANopen协议，EtherCAT协议，Modbus协议，通信延迟对三环的影响。

27实时操作系统

RTOS任务调度，中断优先级设计，任务周期与抖动，RTOS在三环中的应用。

28仿真与建模

MATLAB/Simulink建模，C代码生成，硬件在环（HIL）仿真，仿真与实测对比。

示波器与逻辑分析仪，上位机调试软件，数据记录与分析，调试技巧。

工业机器人关节控制，数控机床进给轴控制，AGV驱动控制，案例总结与展望。