伺服频率特性曲线 点击：3645 | 回复：20
不知道啥原因，在工控网发不了图片（我已经是VIP了），只好把图片发到别的网站再转一下，大虾看下该曲线表征了那些物理量？对伺服的调节有什么指导意义？谢谢！
电机为松下A5伺服，功率400W， 经过80:1行星减速机，再通过同步带驱动一直径100mmm，长约450mm的钢辊。
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小弟原先学过一点控制原理，这两张图中，最关键的是第一张图。因为不知道你大的图是哪一环路（速度环还是位置环）的特性，所以只能大概猜测，此外我也不知道你这个是开环的特性还是闭环特性（个人感觉是开环的）
第一张是幅频特性图，你可以看到他有两个尖峰，其中一个小一点，一个大一点，前面小一点的尖峰是应该是电气震荡点，后面大尖峰可能是机械谐振点，这两点附近系统的增益会突然增大，导致稳定性很差。所以您设计系统应该尽量避开这两处。
第二张图是相频特性，他代表的是系统随不同输入信号的相位移，当相位移达到了-180°的时候，负反馈变为正反馈，系统彻底的不稳定了，一般我们选取相位移大于等于-90°的区间，这样可以留有足够的稳定裕度，保证系统是动态稳定的。
综上所知，为了使得系统有足够的稳定性，建议您在调整该环路PI参数的时候，特别是P参数的时候（单位大多是频率Hz），应保证P参数的再小于发生震荡的频率的基础上，尽可能的大一些。注意，频域特性上面的横坐标单位恰好就是频率hz，但他的分布并不是线性的。而是依据对数规律的，具体内容可以参考自动控制原理。
忘记了，开环特性应该是无法直接测试出来的，所以只可能是闭环特定。闭环特性的话，应该以第一张图为准，避开增益过高的点。
即便是开环特性，在闭环时也是可以测出来的，当然，一般需要各厂家自家的软件相互配合测试~
原来是两个辊子的图~~比较两图在带宽频率(图中红点所示截止频率)后的曲线，图2的相位滞后图1，幅值小于图1，所以才妄猜是加了滤波器，谁知原来是不同的两个轴哦，呵呵，见笑了~~
至于如何判断是否使用了陷波器，我想也许能从相频特性猜测一二。貌似现在常用陷波器的实现，都会导致相位超前畸变的。不过，即使没有陷波器，谐振频率处也常常会伴随相位超前畸变。
就伺服调节的指导意义来说，闭环特性上有这么几个关键指标：带宽频率，谐振频率，谐振峰值
带宽，即图示截止频率(个人习惯将开环幅频特性的0dB交叉频率叫做截止频率)，表征系统的快速响应性能，带宽越大，响应越快，当然，抗扰性能也会更优良~总之，带宽可看做是衡量系统性能的综合指标~
谐振频率（在这里的图上，可以抛却物理成因，将所有幅值凸峰点均看做谐振频率，说法不严谨，高人勿拍砖~），结合谐振峰值，可以指导我们设置低通滤波器的截止频率或带阻滤波器的中心频率、频带宽度和衰减系数
还有就是带宽频率内的谐振频率和谐振峰值的应用了。二阶系统闭环幅频特性中常说+/-3dB指标，-3dB对应带宽频率，而+3dB就对应谐振峰值(Mr)，它是系统稳定程度的指标，只有小于+3dB的系统稳定性能才会很好。楼主图中带宽频率内特性与二阶系统基本相同。Mr越大，阶跃响应的超调就越大，Mr达到5dB的系统，超调量可能超过50%。因此，在伺服系统调试时，要使Mr小于4dB才好，不允许超调时，必须保证没有凸峰，即0dB。
另外，在PI控制器的参数优化设计时，工程上有所谓最小Mr指标法，其实就是将系统开环幅频特性的0dB穿越频率设计在谐振频率点处，以限制Mr，同时又保证足够的带宽，以在快速性和稳定性之间取得折衷。有不少驱动器的比例增益之所以有Hz的单位，就是因为在理想条件下，它代表开环截止频率。
还有，相位滞后180度，并不一定使系统变得不稳定，只有当系统增益为0dB，且相位滞后180度才会不稳定~~
开环特性一般不好测试，一个重要原因是开环部分往往有积分和饱和环节，不便于测试，纯积分环节对于含有直流分量的信号有无限大的增益，会产生输出饱和（实际中不易避免直流分量）。而闭环后纯积分的环节会被消掉，呈现出类似滤波器的特性（低频增益不会太大）。所以大多采用闭环频响。
我刚有一个问题说的不太准确，实际上，比例系数P的调整影响的应该是第一个小尖峰的高度，所以才有了楼上提到的+/-3dB指标，比例系数越大这个尖峰的高度越高，产生的超调越大，但带宽更宽。所以要保证的P的数值合适。值得注意的是，在开环传递函数中，P能够跟带宽的关系更明显一点（可惜这个是闭环特性）。所以对于第一个尖峰可以选择合适数值的PI参数让其数值合适。但对于第二个尖峰，却主要考虑用陷波滤波器去除，滤波器的中心频率应该在幅度最大的点附近。
刚还说错了一个问题，因为把他看成开环频响了，所以-180°是正反馈的论述不成立，这个是闭环响应，特此更正。
但如果对于实践的话，主要还是依据实际调试的效果确定PI参数，毕竟频域图只是个参考，建议楼主多多实践，思考，控制理论对于应用更多的是参考。
To 当时明月
"带宽，即图示截止频率(个人习惯将开环幅频特性的0dB交叉频率叫做截止频率)"与"二阶系统闭环幅频特性中常说+/-3dB指标，-3dB对应带宽频率"－－－－－－这里的两个带宽频率不是指一个频率吗?如果是一个频率的话为什么在同时可以测开环和闭环特性的频域曲线上这两个点对应的频率不一样?但是似乎又不矛盾"The Bandwidth is defined as the frequency at which the closed loop FRF magnitude equals –3dB, or the phase equals –90度, whichever comes first."那就是说这里的截止频率和带宽频率不是一个概念了?
另外"而+3dB就对应谐振峰值(Mr)，它是系统稳定程度的指标，只有小于+3dB的系统稳定性能才会很好"则与我所看到的"This peaking is not due to a mechanical resonance, but rather to the servo settings of the system. It is generally related to the damping of the system and its level of stability. The higher the peak, the less stable the system. As a general thumb rule, the resonant peak should be kept lower than 6dB."似乎不太一样,烦请解释一下,不胜感谢!
请教不敢当，讨论中互相进步吧。
"带宽，即图示截止频率(个人习惯将开环幅频特性的0dB交叉频率叫做截止频率)"与"二阶系统闭环幅频特性中常说+/-3dB指标，-3dB对应带宽频率"－－－－－－这里的两个带宽频率不是指一个频率吗?
这里说的两个带宽频率是一个频率，即楼主图中标出的“截止频率”和-3dB对应的带宽频率是同指。别被我()中的话坑了，那是我个人对“截止频率”这个术语所指定义应用习惯的说明，当它不存在好了。
如果是一个频率的话为什么在同时可以测开环和闭环特性的频域曲线上这两个点对应的频率不一样?
你的意思是指在开环特性上幅频曲线与0dB交叉频率点和闭环特性上的-3dB频率点的频率不一样吗？如果是这样，大概你是被“坑”了。很多书上对这些频域特征点的定义五花八门，不甚一致。比如开环0dB交叉点，就有定义为“幅值交叉频率”、“穿越频率”、“截止频率”、“带宽频率”等，闭环-3dB点，有定义为“带宽频率”、“截止频率”、“极限频率”等。一般来说，开环特性和闭环特性测量或关注的这两个特征频率点是不一样的，尽管可能被不同人称为相同的名字。
关于谐振峰值(Mr)的问题，大概意思一致。这是一个相对稳定性指标，对应时域的超调量，Mr越大超调量也越大，系统更容易失稳；对应开环特性中的幅值裕度和相位裕度，因此它"rather to the servo settings of the system”，可以通过参数设置来改变，同样原因，虽称作“谐振峰值”，发生了幅值突增，但"This peaking is not due to a mechanical resonance"。至于最佳数值是多少，这看应用场合了，过程控制可能允许高一些，伺服中电流控制或速度控制可能要求小一些，而轮廓位置控制则就根本不允许有凸起了。
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