速度環運算是伺服電機運動控制的一環。速度環的輸入就是位置調節后的輸出以及位置設定的前饋值，速度環輸入值和速度環反饋值進行比較后的差值在速度環做PID調節（主要是比例增益和積分處理）后輸出到電流環。速度環的反饋來自于編碼器的反饋后的值經過“速度運算器”得到的。速度環控制包含了速度環和電流環 。

動伺服一般都是三環控制系統，從內到外依次是電流環、速度環、位置環。電流環就是控制電機轉矩的，所以在轉矩模式下驅動器的運算最小，動態響應最快。任何模式都必須使用電流環，電流環是控制的根本，在系統進行速度和位置控制的同時系統也在進行電流/轉矩的控制以達到對速度和位置的相應控制。

轉矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小，具體表現為例如10V對應5Nm的話，當外部模擬量設定為5V時電機軸輸出為2.5Nm:如果電機軸負載低于2.5Nm時電機正轉，外部負載等于2.5Nm時電機不轉，大于2.5Nm時電機反轉（通常在有重力負載情況下產生）。可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應的地址的數值來實現 。2100433B

速度模式是指通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉動速度的控制，在有上位控制裝置的外環PD控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統的定位精度 。

根據對于實際系統的分析，為了使系統性能達到規定的技術指標，在設計速度環時應當考慮以下要求。

（1）速度環串聯校正裝置應當包含一個積分環節，以克服伺服電機死區和功率放大器漂移造成的靜態誤差，保證靜態精度指標，提高系統靜態剛度。

（2）把速度環閉環特性設計成過阻尼的，使它的主極點成為一對實極點。這樣有利于克服干摩擦影響，改善伺服系統低速運行特性。另外，前饋補償裝置(它的傳遞函數等于速度環閉環傳遞函數的倒數)可以用一對簡單的比例加微分環節實現，以利于展寬系統頻帶。

（3）互相聯接的各元、部件之間信號電平相匹配 。2100433B

原碼加減運算

對原碼表示的兩個數進行加減運算時，符號位不參與運算，僅僅是兩數的絕對值參與運算。計算機的實際操作是加還是減，不僅取決于指令的操作碼，還取決于兩個操作數的符號，例如：加法時可能要做減法（兩數異號）；減法時又可能做加法（兩數異號），所以原碼加減運算的實現是比較復雜的 。

補碼加減運算

1.補碼加法

兩個補碼表示的數相加，符號位參加運算，且兩數和的補碼等于兩數補碼之和，即

[X Y]補=[X]補 [Y]補

2.補碼減法

根據補碼加法公式可推出：

[X-Y]補=[X (-Y)]補=[X]補 [-Y]補

已知[Y]補求[-Y]補的方法是：將[Y]補連同符號位一起求反，末尾加“1”。 [-Y]補被稱為[Y]補的機器負數，由[Y]補求[-Y]補的過程稱為對[Y]補變補（求補），表示為：

[-Y]補=[[Y]補]變補

注意將“某數的補碼表示”與“變補”這兩個概念區分開來。一個負數由原碼表示轉換成補碼表示時，符號位是不變的，僅對數值位的各位變反，末尾加“1”。而變補則不論這個數的真值是正是負，一律連同符號位一起變反，末尾加“1”。[Y]補表示的真值如果是正數，則變補后[-Y]補所表示真值變為負數，反之亦然。

3.補碼加減運算規則

補碼加減運算規則如下：

(1)參加運算的兩個操作數均用補碼表示；

(2)符號位作為數的一部分參加運算；

(3)若做加法，則兩數直接相加；若做減法，則將被減數與減數的機器負數相加；

(4)運算結果用補碼表示。

4.符號擴展

在計算機算術運算中，有時必須將采用給定位數表示的數轉換成具有更多位數的某種表示形式。例如某個程序需要將一個8位數與另外一個32位數相加。要想得到正確的結果，在將8位數與32位數相加之前，必須將8位數轉換成32位數形式，這被稱為“符號擴展”。

對于補碼，符號擴展方法是：原有符號位保持不變，若為正數則所有附加位都用0進行填充，若為負數則所有附加位都用1進行填充。也可以理解為是用符號位來填充附加的高位 。

補碼的溢出判斷與檢測方法

1.溢出的產生

在補碼加減運算中，有時會遇到這樣的情況：兩個正數相加，而結果的符號位卻為1（結果為負）；兩個負數相加，而結果的符號位卻為0（結果為正）。

設參加運算的兩數為X、Y，做加法運算。

若X、Y異號，不會溢出。

若X、Y同號，運算結果為正且大于所能表示的最大正數或運算結果為負且小于所能表示的最小負數（絕對值最大的負數）時，產生溢出。將兩正數相加產生的溢出稱為正溢；反之，兩負數相加產生的溢出稱為負溢。

2.溢出檢測方法

設：被操作數為：[X]補=Xs,X1X2…Xn

操作數為：[Y]補=Ys,Y1Y2…Yn

其和（差）為：[S]補=Ss,S1S2…Sn

(1)采用一個符號位

兩正數相加，結果為負表明產生正溢；兩負數相加，結果為正表明產生負溢。因此可得出采用一個符號位檢測溢出的方法：

當Xs=Ys=0，Ss=1時，產生正溢。

當Xs=Ys=1，Ss=0時，產生負溢。

(2)采用進位位

兩數運算時，產生的進位為Cs,C1C2…Cn，其中：Cs為符號位產生的進位，C1為最高數值位產生的進位。

兩正數相加，當最高有效位產生進位（C1=1）而符號位不產生進位（Cs=0）時，發生正溢。

兩負數相加，當最高有效位沒有進位（C1=0）而符號位產生進位（Cs=1）時，發生負溢。

(3)采用變形補碼（雙符號位補碼）

在雙符號位的情況下，把左邊的符號位Ss1叫做真符，因為它代表了該數真正的符號，兩個符號位都作為數的一部分參加運算。這種編碼又稱為變形補碼。

雙符號位的含義如下：

Ss1Ss2=00 結果為正數，無溢出；

Ss1Ss2=01 結果正溢；

Ss1Ss2=10 結果負溢；

Ss1Ss2=11 結果為負數，無溢出。

當兩位符號位的值不一致時，表明產生溢出。溢出=Ss1⊕Ss2 。