伺服控制器通常使用傳統的位置環內嵌速度環的串級控制方式。這種控制方式產生的年代，電流和速度控制是用硬件實現，而位置控制則用軟件實現。它流行至今的原因之一是它的簡易性。首先調整速度環，接著調整位置環，而電流控制參數一般自動設定。位置控制器通常由一個簡單的比例系數組成，速度控制器則包含一個比例系數和一個積分環節。如圖1所示。

這種控制方式的一個缺點是存在和速度成比例跟隨誤差。使用前饋控制方法可以減小跟隨誤差，但代價是出現超調或者整定時間延長。

為了克服上述限制并優化在高精度運動控制應用中的伺服性能。這種名叫HD控制(HDC)的獨特算法使用并聯控制方式，所有支路處于同一級別并在一個采樣周期內同時執行。每一條支路包含一個可變的增益參數并自動優化以滿足高增益和高穩定性。因此，位置誤差和整定時間被最小化，遠遠優于其他控制器的級別。

HD控制的優勢

最小化位置誤差

接近零的整定時間

減速階段結束時無超調

穩態時無振蕩

穩態時最小化振動

抗干擾能力強

路徑跟隨準確度高

該算法主要由兩個模塊組成，一個是可變增益模塊，用于減小跟隨誤差;另一個是自適應前饋模塊，用于減小整定時間。如圖2所示。

可變增益(VG)控制

在HDC算法運算過程中，可變增益(VGd、VGp、VGiv和VGi)自動計算并動態修改。在系統變量層面，每一個增益具有它特定的功能，如速度誤差和位置誤差。在運動過程中，可變增益可能比在運動停止時高出十倍。這樣可以保證在運動過程中及以較低速度運行時路徑跟隨的高精度。另外，在運動過程中，系統剛性被提高了3倍以上，從而保證非常小的跟隨誤差。

四個可變增益通過一套獨特的算法取得平衡，以保證系統的穩定性。Kd參數所在的支路與速度反饋環類似，用于減小速度誤差。Kp參數所在的支路是一個比例型位置反饋環，用于減小位置誤差。Ki參數所在的支路是位置反饋環的積分環節，用于減小穩態誤差。

Kiv參數所在的支路是HD控制特有的，它綜合了Kp支路和ki支路的作用。它產生的剛性比Kp高出兩倍以上，而且不會產生振蕩。它用于減小加速和穩態兩種階段的跟隨誤差。它也能像積分參數(Ki)那樣用于消除穩態誤差，但具有與比例參數(Kp)一樣快的響應速度。如圖3所示。

自適應前饋

適應前饋模塊用于獲得很短的整定時間。由于Kiv和Ki支路的優越表現，大部分反饋響應(電流指令)存在于積分環節之中。在運動過程中，自適應前饋模塊會監視加速度和電機轉矩之間的一致性，并將這一關系用于在減速階段時處理積分環節。

在運動結束時，自適應前饋算法根據期望的路徑加速度來修改積分環節內的參數，從而實現零整定時間。如圖4所示。

自動調整

HDC算法已應用在由Servotronix研發制造的CDHD伺服驅動器系列之中。如圖5所示。

參數整定通過CDHD用戶界面軟件ServoStudioTM自動執行。不過，自動調整往往是不夠的，某些應用還需要手動精調以優化參數。

自動調整和手動調整都是基于相同的原理。在自動調整過程中，運動質量的優劣是由驅動器和軟件來測量和評估。在手動調整時，則是由使用者來評估。不論哪種方法，伺服控制參數都是被漸進地修改并選取達到最佳性能的那個值。

HDC參數整定簡單直觀，而且執行起來很像傳統PID參數的整定。每一個可變增益都是被逐漸增加直到發生振蕩，然后降低10-20%，回到安全范圍。

HD控制的應用

Servotronix一個客戶的龍門機器人應用要求在以最高速度運行時持續準確度達到2-3微米。使用帶HDC算法的CDHD伺服驅動器在保證準確度的前提下，將該應用的最高運行速度從120mm/s提高到了160mm/s，從而使生產效率提高了33%。

在與其他廠家伺服驅動器進行的一次對比測試中，當設備以160mm/s的速度運行時，CDHD驅動器明顯地實現了更高的準確度和更低的紋波。如圖6所示。

總而言之，在諸如CNC與切割、傳送跟隨、取放操作、PCB組裝、焊接、噴漆、噴涂和涂膠等等需要高路徑跟隨準確度和低整定時間的應用中，HD控制已被證明具有相當的優勢。