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电流环、速度环和位置环是电机控制系统中常见的三个闭环控制环节，通常采用嵌套结构（内环→外环：电流环→速度环→位置环），各自负责不同层级的控制目标。以下是它们的详细说明及相互关系：

1. 电流环（最内环）

• 作用：控制电机的电流，间接控制输出转矩（τ=Kt⋅Iτ=Kt​⋅I），确保电流快速跟踪指令。

• 输入：电流指令（来自速度环或直接给定）与实际电流反馈。

• 输出：电机驱动电压或PWM占空比。

• 特点：

  • 响应最快，控制周期最短（通常为微秒级）。

  • 依赖高精度电流传感器（如霍尔传感器、采样电阻）。

  • 常用PI控制器消除稳态误差，保证动态响应。

2. 速度环（中间环）

• 作用：调节电机转速，根据目标速度与实际速度的偏差调整电流指令。

• 输入：速度指令（来自位置环或外部设定）与实际速度反馈（通过编码器或测速发电机获取）。

• 输出：电流环的指令值（即期望转矩）。

• 特点：

  • 控制周期较电流环长（通常为毫秒级）。

  • 采用PI/PID控制器，积分项消除速度稳态误差。

  • 需考虑机械系统惯性，参数整定需平衡响应速度与稳定性。

3. 位置环（最外环）

• 作用：控制电机或负载的位置，根据目标位置与实际位置的偏差生成速度指令。

• 输入：位置指令与实际位置反馈（通过光电编码器、旋转变压器等获取）。

• 输出：速度环的指令值。

• 特点：

  • 响应最慢，控制周期最长（可能为毫秒至秒级）。

  • 常用P或PID控制器，比例项主导快速跟踪，微分项抑制超调。

  • 适用于机器人关节、数控机床等需精确定位的场景。