电流环运算

速度环运算是伺服电机运动控制的一环。速度环的输入就是位置调节后的输出以及位置设定的前馈值，速度环输入值和速度环反馈值进行比较后的差值在速度环做PID调节（主要是比例增益和积分处理）后输出到电流环。速度环的反馈来自于编码器的反馈后的值经过“速度运算器”得到的。速度环控制包含了速度环和电流环 。

转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现 。2100433B

动伺服一般都是三环控制系统，从内到外依次是电流环、速度环、位置环。电流环就是控制电机转矩的，所以在转矩模式下驱动器的运算最小，动态响应最快。任何模式都必须使用电流环，电流环是控制的根本，在系统进行速度和位置控制的同时系统也在进行电流/转矩的控制以达到对速度和位置的相应控制。

速度模式是指通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PD控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度 。

根据对于实际系统的分析，为了使系统性能达到规定的技术指标，在设计速度环时应当考虑以下要求。

（1）速度环串联校正装置应当包含一个积分环节，以克服伺服电机死区和功率放大器漂移造成的静态误差，保证静态精度指标，提高系统静态刚度。

（2）把速度环闭环特性设计成过阻尼的，使它的主极点成为一对实极点。这样有利于克服干摩擦影响，改善伺服系统低速运行特性。另外，前馈补偿装置(它的传递函数等于速度环闭环传递函数的倒数)可以用一对简单的比例加微分环节实现，以利于展宽系统频带。

（3）互相联接的各元、部件之间信号电平相匹配 。2100433B

原码加减运算

对原码表示的两个数进行加减运算时，符号位不参与运算，仅仅是两数的绝对值参与运算。计算机的实际操作是加还是减，不仅取决于指令的操作码，还取决于两个操作数的符号，例如：加法时可能要做减法（两数异号）；减法时又可能做加法（两数异号），所以原码加减运算的实现是比较复杂的 。

补码加减运算

1.补码加法

两个补码表示的数相加，符号位参加运算，且两数和的补码等于两数补码之和，即

[X Y]补=[X]补 [Y]补

2.补码减法

根据补码加法公式可推出：

[X-Y]补=[X (-Y)]补=[X]补 [-Y]补

已知[Y]补求[-Y]补的方法是：将[Y]补连同符号位一起求反，末尾加“1”。 [-Y]补被称为[Y]补的机器负数，由[Y]补求[-Y]补的过程称为对[Y]补变补（求补），表示为：

[-Y]补=[[Y]补]变补

注意将“某数的补码表示”与“变补”这两个概念区分开来。一个负数由原码表示转换成补码表示时，符号位是不变的，仅对数值位的各位变反，末尾加“1”。而变补则不论这个数的真值是正是负，一律连同符号位一起变反，末尾加“1”。[Y]补表示的真值如果是正数，则变补后[-Y]补所表示真值变为负数，反之亦然。

3.补码加减运算规则

补码加减运算规则如下：

(1)参加运算的两个操作数均用补码表示；

(2)符号位作为数的一部分参加运算；

(3)若做加法，则两数直接相加；若做减法，则将被减数与减数的机器负数相加；

(4)运算结果用补码表示。

4.符号扩展

在计算机算术运算中，有时必须将采用给定位数表示的数转换成具有更多位数的某种表示形式。例如某个程序需要将一个8位数与另外一个32位数相加。要想得到正确的结果，在将8位数与32位数相加之前，必须将8位数转换成32位数形式，这被称为“符号扩展”。

对于补码，符号扩展方法是：原有符号位保持不变，若为正数则所有附加位都用0进行填充，若为负数则所有附加位都用1进行填充。也可以理解为是用符号位来填充附加的高位 。

补码的溢出判断与检测方法

1.溢出的产生

在补码加减运算中，有时会遇到这样的情况：两个正数相加，而结果的符号位却为1（结果为负）；两个负数相加，而结果的符号位却为0（结果为正）。

设参加运算的两数为X、Y，做加法运算。

若X、Y异号，不会溢出。

若X、Y同号，运算结果为正且大于所能表示的最大正数或运算结果为负且小于所能表示的最小负数（绝对值最大的负数）时，产生溢出。将两正数相加产生的溢出称为正溢；反之，两负数相加产生的溢出称为负溢。

2.溢出检测方法

设：被操作数为：[X]补=Xs,X1X2…Xn

操作数为：[Y]补=Ys,Y1Y2…Yn

其和（差）为：[S]补=Ss,S1S2…Sn

(1)采用一个符号位

两正数相加，结果为负表明产生正溢；两负数相加，结果为正表明产生负溢。因此可得出采用一个符号位检测溢出的方法：

当Xs=Ys=0，Ss=1时，产生正溢。

当Xs=Ys=1，Ss=0时，产生负溢。

(2)采用进位位

两数运算时，产生的进位为Cs,C1C2…Cn，其中：Cs为符号位产生的进位，C1为最高数值位产生的进位。

两正数相加，当最高有效位产生进位（C1=1）而符号位不产生进位（Cs=0）时，发生正溢。

两负数相加，当最高有效位没有进位（C1=0）而符号位产生进位（Cs=1）时，发生负溢。

(3)采用变形补码（双符号位补码）

在双符号位的情况下，把左边的符号位Ss1叫做真符，因为它代表了该数真正的符号，两个符号位都作为数的一部分参加运算。这种编码又称为变形补码。

双符号位的含义如下：

Ss1Ss2=00 结果为正数，无溢出；

Ss1Ss2=01 结果正溢；

Ss1Ss2=10 结果负溢；

Ss1Ss2=11 结果为负数，无溢出。

当两位符号位的值不一致时，表明产生溢出。溢出=Ss1⊕Ss2 。