2.4.4　速度回路设计

速度回路是位置回路设计的基础。速度回路在机电伺服控制系统中占有重要位置，其设计优劣直接影响位置伺服系统的性能。速度回路设计要求有良好的快速性、较小的超调量、尽量少的振荡次数、高稳定性和大带宽。速度回路除具有与电流回路相同的作用外，还能起到加大速度阻尼、减小时间常数、提高回路的动态特性、增加系统的相位裕度、改善瞬态过程品质、提高系统低速性能、扩大调速范围等作用。

类似地，速度回路的设计过程主要包括确定固有环节传递函数、期望特性设计、速度调节器选择和参数设计等环节。速度回路控制对象包括电动机、电流回路、速度采样和滤波回路。由2.4.1节可知，速度采样和滤波回路可看成时间常数为tωf的一阶惯性环节。电动机回路的传递函数可由式（2-28）得到。一般情况下要求速度环剪切频率ωcω满足电流环剪切频率ωci的1/4，因此，电流回路的固有传递函数可近似写为

式中，ti=1/Ki。因此，速度回路的固有传递函数可写为

式中，为速度反馈系数。当速度环剪切频率满足时，可将小惯性时间常数合并为，，速度回路的固有传递函数可简写为

式中，Kωk=Ceβω/Js为速度开环放大倍数。为实现速度无静差，必须采用积分环节并将其置于负载扰动前，即速度调节器中必须包含一阶积分环节。则速度回路开环传递函数中有两个积分环节，速度回路将校正成典型的Ⅱ型系统。速度调节器选择PI调节器，传递函数为

式中，Kωp、τωi分别为速度调节器比例系数、积分时间常数。

经过校正后，速度回路变为典型的Ⅱ型系统，开环传递函数为

式中，Kω=KωpKωk/τωi为速度环开环放大倍数。对速度调节器两个参数的确定，可借助2.4.2节期望特性设计过程实现。

首先需引入中频宽h，依据伺服系统对相位裕度、超调量等性能指标的要求，可通过式（2-36）和表2-3得到中频宽h，也可直接在5～12范围内取h的值。然后依据下式可求得速度调节器的参数：

由此，速度回路的初步设计已完成。接下来还需根据伺服系统对速度回路的性能指标要求对所设计的参数进行校验，可参照2.4.2节性能指标校验部分对所选参数进行性能验证。

设计完成的速度回路闭环传递函数为