一、控制器設(shè)計(jì)
速度環(huán)是一個(gè)典型的II型系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：

對(duì)應(yīng)的bode圖如下：

其中，ωcωc是速度環(huán)的截止頻率，ωcωc越大，速度環(huán)響應(yīng)越快，抗干擾能力越弱，反之，ωcωc越小，速度環(huán)響應(yīng)越慢，抗干擾能力越強(qiáng)。 從上圖可以看出，ωcωc的上限是電流環(huán)的等效截止頻率1Ti1Ti，通常為了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，ωcωc的取值要遠(yuǎn)小于1Ti1Ti。
h是斜率為-20dB/dec的中頻段的寬度，稱(chēng)為中頻寬：

中頻寬h的大小對(duì)控制系統(tǒng)起著決定性的作用，工程上一般在3~10之間選擇。
根據(jù)(2)式有：

因此，選定中頻寬h以后，就能根據(jù)(3)式確定速度控制器的積分系數(shù)TωTω。

在截止頻率ωcωc附近，開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)(1)式可近似為：

根據(jù)|Go(jωc)|=1|Go(jωc)|=1，可計(jì)算出速度環(huán)的比例系數(shù)：

二、設(shè)計(jì)實(shí)例
假設(shè)被控系統(tǒng)的參數(shù)如下：

中頻寬h取值為4，再根據(jù)閉環(huán)幅頻特性峰值最小準(zhǔn)則，確定速度環(huán)截止頻率ωcωc。

截止頻率為：

根據(jù)(3)式計(jì)算速度環(huán)的積分系數(shù)為：

根據(jù)(5)式計(jì)算速度環(huán)的比例系數(shù)為：

三、慣量辨識(shí)
根據(jù)(5)式，速度控制器的比例系數(shù)與被控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量包含電機(jī)本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一般可通過(guò)電機(jī)廠商提供的手冊(cè)查詢(xún)，而負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量無(wú)法直接測(cè)量，有些場(chǎng)合負(fù)載慣量還是時(shí)變的，比如包裝和冶金等行業(yè)。
因此，通過(guò)慣量辨識(shí)算法辨識(shí)出系統(tǒng)的慣量是設(shè)計(jì)速度控制器的關(guān)鍵。慣量辨識(shí)通常分為離線(xiàn)辨識(shí)和在線(xiàn)辨識(shí)。
離線(xiàn)辨識(shí)常見(jiàn)的方法是控制電機(jī)按梯形速度命令運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)T=Jω˙T=Jω˙計(jì)算出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

離線(xiàn)辨識(shí)不適合系統(tǒng)慣量時(shí)變的場(chǎng)合，或者有些系統(tǒng)不允許單獨(dú)進(jìn)行慣量辨識(shí)，針對(duì)這些應(yīng)用，需要在系統(tǒng)正常工作時(shí)實(shí)時(shí)辨識(shí)出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并實(shí)時(shí)更新速度控制器參數(shù)，稱(chēng)為慣量在線(xiàn)辨識(shí)。

四、負(fù)載觀測(cè)器
除了慣量辨識(shí)外，影響速度環(huán)性能的另一個(gè)重要因素是負(fù)載的擾動(dòng)，如下圖所示，在t1t1時(shí)刻，當(dāng)負(fù)載TLTL突然增加時(shí)，實(shí)際速度將有一個(gè)明顯的跌落，反之，當(dāng)負(fù)載突然減少時(shí)，實(shí)際速度將會(huì)有一個(gè)明顯的上升。

這時(shí)，如果單純依靠速度控制器去調(diào)節(jié)，速度恢復(fù)的過(guò)程將顯得”非常漫長(zhǎng)”，為此，伺服驅(qū)動(dòng)器通常會(huì)設(shè)計(jì)負(fù)載觀測(cè)器，實(shí)時(shí)估算出負(fù)載T^LT^L，并直接加到轉(zhuǎn)矩給定中，當(dāng)負(fù)載突然增大或減小時(shí)，負(fù)載觀測(cè)器能更快地補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩給定， 讓實(shí)際速度更快地恢復(fù)到給定值，從而提高速度環(huán)的整體性能。
帶慣量辨識(shí)和負(fù)載觀測(cè)器的速度控制框圖如下：