?微型電機驅(qū)動控制結(jié)構(gòu)：一般說來，微型電機驅(qū)動時所關(guān)心的主要功能，就是其微電機輸出軸的轉(zhuǎn)矩M以及轉(zhuǎn)數(shù)n。這兩個參數(shù)共同作用，在合理機械結(jié)構(gòu)的延展下，微電機就可以作為動力源，驅(qū)動各種設備，也就是一般自動化設備結(jié)構(gòu)中的執(zhí)行器。實質(zhì)上，它就是將輸入信號對應地以轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)數(shù)的形式輸出。
?
?我們知道電動機輸入信號是電壓或是電流，對這些電信號在時域上合理編排，并且輸出正確的電信號序列，就是控制器的功能。?
三相驅(qū)動系統(tǒng)框圖
上圖是一個三相驅(qū)動系統(tǒng)，包含三相電源，整流逆變電路，數(shù)字控制器，角度編碼器以及微型電動機，這也構(gòu)成了一個基本的閉環(huán)反饋控制結(jié)構(gòu)。中間的整流逆變電路即能夠?qū)崿F(xiàn)AC/DC以及DC/AC，即交流-直流，直流-交流的轉(zhuǎn)換，在中間會用到PWM改變信號幅值以及頻率。
?基本的級聯(lián)閉環(huán)控制結(jié)構(gòu) 級聯(lián)閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)數(shù)可變的驅(qū)動
在一個級聯(lián)的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，會有不止一個反饋環(huán)節(jié)來構(gòu)成閉環(huán)，而是會有好幾個連續(xù)級聯(lián)的結(jié)構(gòu)，有點像俄羅斯套娃。
都是外加擾動項。n*,M*,I*都是目標值。這是總體的驅(qū)動控制結(jié)構(gòu)?？梢赃m用于直流電機，同步電機以及異步電機的驅(qū)動控制。
?
?直流電機的受控模型
?直流電機的控制可以直接使用之前的直流電機模型、電壓、轉(zhuǎn)矩和功率，于是有
?
使勵磁強度不變，把其他因素認為機械常數(shù)，簡稱增益K1則電樞電路感應電壓
?？紤]電樞電流iA暫態(tài)，電樞電感為LA，電壓方程應為： 
可以改寫為： 
同理，設增益K2有
，
并考慮轉(zhuǎn)子機械動力學方程： 
轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量J，機械轉(zhuǎn)數(shù)Ω=2πn，負載轉(zhuǎn)矩ML： 
?
如果把電樞電壓UA視為控制輸入，負載轉(zhuǎn)矩ML視為擾動輸入，則設電樞時間常數(shù)為
，電樞增益
，機械時間常數(shù)
。對該線性系統(tǒng)做拉普拉斯變換： 
整理可得： 
系統(tǒng)輸入電壓輸出電流的傳遞函數(shù)Gs(s)以及擾動的傳遞函數(shù)Gz(s)，它們之間有關(guān)系： 
于是可以畫出恒定勵磁下的直流電機的傳遞函數(shù)框圖??
直流電機的傳遞函數(shù)框圖
其中TA是一階環(huán)節(jié)
的時間常數(shù)，
表示積分環(huán)節(jié)?？梢?，微型電機本身就有一個反饋環(huán)節(jié)，有可能自治穩(wěn)定。但是由于微電機系統(tǒng)本身具有較大轉(zhuǎn)動慣量，所以自帶的轉(zhuǎn)數(shù)反饋用于產(chǎn)生感應電壓 Ui的影響，相對于快速變化的電流/轉(zhuǎn)矩而言過小，可以忽略。
?直流電機的電流環(huán)反饋控制
?如果我們希望電流完全受控，那就要引入一個完整的控制環(huán)節(jié)，比如使用PI控制器，其比例積分增益為KP，積分時間常數(shù)為Ti。?
直流電機的電流環(huán)傳遞函數(shù)框圖
其傳遞函數(shù)為： 
由于控制信號會有延遲，但是影響不大，延遲時間Tst可以約化為一階環(huán)節(jié)： 
忽略負載轉(zhuǎn)矩的擾動影響，則原來的電壓電流傳遞函數(shù)Gs(s)可以進一步化為時間常數(shù)分別為T1T2的極點形式： 
以一些合理參數(shù)為例，其伯德圖為：直流電機電壓電流傳遞函數(shù)伯德圖
所以電流控制開環(huán)傳遞函數(shù)為：
假設延遲時間Tst<<T1,T2,TM并且T1>T2，故取Ti=T1，則： 
則電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：
電流閉環(huán)增益
時間常數(shù)
，其在不同比例積分增益Kp下有不同的閉環(huán)增益和閉環(huán)時間常數(shù)。
?
?直流電機電流環(huán)增益變大的伯德圖
可知，通過提高KP可以增大電流環(huán)帶寬。
?直流電機的轉(zhuǎn)數(shù)環(huán)反饋控制
?如果想對直流電機的轉(zhuǎn)數(shù)進行控制，可以在電流環(huán)外面再套上一圈轉(zhuǎn)數(shù)環(huán)(速度環(huán))，進行反饋控制。可以再度使用一個PI控制器，并忽略電機本身的轉(zhuǎn)速反饋影響，于是有速度環(huán)的框圖。 
??直流電機的速度環(huán)框圖
把延遲的積分環(huán)節(jié)融入控制環(huán)，速度環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 
如果選取時間常數(shù)使用對稱最優(yōu)，那么只有當Ti,n>Tg,i時，系統(tǒng)才能穩(wěn)定，否則開環(huán)傳遞函數(shù)的相位會有φK<-π。可以從伯德圖中看出 
? 直流電機速度環(huán)開環(huán)伯德圖
那么如何求出合適的比例積分增益以及時間常數(shù)呢？首先考察這個齊次項
，它的相角為：φ0=arctan(Ti,nω?)-arctan(Ti,nω?)??
?對其求導，可知其最大相角的頻率為
。速度環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)的穿越頻率ω?d，選為最大頻率，即|FK,n(ω?m)|=1。于是相角差為：ψd=?φ??K(ωd)+π=ψ?0(ωm?)?設比例積分時間常數(shù)和電流環(huán)時間常數(shù)有關(guān)系Ti,n=a2Tg,i，則
，
于是相角差： 
反求出： 
舍去負根，則：a=a(ψd)=tan(ψd)+sec(ψd)??而開環(huán)傳遞函數(shù)的穿越頻率可得|Fk,n(ωd)|=1 ，可求： 
于是速度環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為： 
則速度環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 
則閉環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖為： 
?直流電機速度環(huán)閉環(huán)伯德圖
可見，穿越頻率決定了帶寬大小
?直流電機的位置環(huán)反饋控制
?最后考慮位置環(huán)的反饋控制，由于速度環(huán)形成的閉環(huán)控制回路已經(jīng)近似具備低通濾波器的效果，因此考慮再進行一次一階系統(tǒng)的簡化近似 
在位置環(huán)使用最簡單的比例控制器，其開環(huán)傳遞函數(shù)為： 
于是它的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 
?不過只使用比例控制器會有穩(wěn)態(tài)誤差，對轉(zhuǎn)子位置角精度不嚴格要求的情況下可以這么設計。其閉環(huán)伯德圖為直流電機位置環(huán)閉環(huán)伯德圖
最后，讓我們綜合一下前面所有的閉環(huán)控制，可以得到一張完整的嵌套式控制回路。?
? 直流電機級聯(lián)閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)(標出反饋環(huán)結(jié)構(gòu))
直流電機的控制相對來說比較簡單，所有的控制結(jié)構(gòu)都可以是線性系統(tǒng)，?可以使用經(jīng)典控制理論詮釋和設計
