數(shù)控系統(tǒng)伺服驅(qū)動優(yōu)化方法

1、數(shù)控系統(tǒng)伺服驅(qū)動優(yōu)化方法目前數(shù)控機床配置的數(shù)控系統(tǒng)主要有日本FANUC和德國SIEMENS系統(tǒng)，如何提高伺服驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)特性，這也是修理及調(diào)試人員必需要做的一項很重要的工作。伺服驅(qū)動優(yōu)化的目的就是讓機電系統(tǒng)的匹配達(dá)到最佳，以獲得最優(yōu)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能。在數(shù)控機床中，機電系統(tǒng)的不匹配通常會引起機床震驚、加工零件表面過切、表面質(zhì)量不良等問題。尤其在磨具加工中，對伺服驅(qū)動的優(yōu)化是必需的。數(shù)控系統(tǒng)伺服驅(qū)動包括3個反饋回路，即位置回路、速度回路以及電流回路，其組成的框圖如圖1所示。最內(nèi)環(huán)回路反應(yīng)速度最快，中間環(huán)節(jié)反應(yīng)速度必需高于最外環(huán)，假如沒有遵守此原則，將會造成震驚或反應(yīng)不良。圖1伺服系統(tǒng)把握回路伺

2、服優(yōu)化的一般原則是位置把握回路不能高于速度把握回路的反應(yīng)，因此，若要增加位置回路增益，必需先增加速度回路的增益。假如僅僅增加位置回路增益，機床很簡潔產(chǎn)生振動，造成速度指令及定位時間增加，而非削減。在做伺服優(yōu)化時必需知道機床的機械性能，由于系統(tǒng)優(yōu)化是建立在機械裝配性能之上的，即不僅要確保伺服驅(qū)動的反應(yīng)，而且也必需確保機械系統(tǒng)具備高剛性。以日本FANUC0iC系統(tǒng)為例，具體講解伺服驅(qū)動優(yōu)化過程。主要過程在伺服調(diào)整畫面進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，畫面如圖2所示。圖2FANUC伺服調(diào)整畫面首先將功能位參數(shù)P2003的位3設(shè)定1，回路增益參數(shù)P1825設(shè)定為3000，速度增益參數(shù)P2021從200增加，每加100后，

3、用JOG移動坐標(biāo)，看是否震驚，或看伺服波形(TCMD)是否平滑。注：速度增益=負(fù)載慣量比(參數(shù)P2021)+256/256*100。負(fù)載慣量比表示電機的慣量和負(fù)載的慣量比，直接和具體的機床相關(guān)，肯定要調(diào)整。伺服波形顯示：把參數(shù)P3112#0改為1(調(diào)整完后,肯定要還原為0)，關(guān)機再開機。采樣時間設(shè)定5000，假如調(diào)整X軸，設(shè)定數(shù)據(jù)為51,檢查實際速度。圖3伺服波形設(shè)置畫面假如在起動時，波形不光滑(如圖4所示)，則表示伺服增益不夠，需要再提高。假如在中間的直線上有波動，則可能由于高增益引起的震驚，這可通過設(shè)定參數(shù)2066=-10(增加伺服電流環(huán)250um)來轉(zhuǎn)變。圖4伺服波形顯示畫面N脈沖抑制：

4、當(dāng)在調(diào)整時，由于提高了速度增益，而引起了機床在停止時也消滅了小范圍的震蕩(低頻)，從伺服調(diào)整畫面的位置誤差可看到，在沒有給指令(停止時)，誤差在0左右變化。使用單脈沖抑制功能可以將此震蕩消退，按以下步驟調(diào)整：a)參數(shù)2003#4=1，假如震蕩在0-1范圍變化，設(shè)定此參數(shù)即可。b)參數(shù)2099設(shè)置為4004)有關(guān)250um加速反饋的說明：電機與機床彈性連接，負(fù)載慣量比電機的慣量要大，在調(diào)整負(fù)載慣量比時候(大于512)，會產(chǎn)生50-150HZ的振動，此時，不要減小負(fù)載慣量比的值，可設(shè)定此參數(shù)進(jìn)行改善。此功能把加速度反饋增益乘以電機速度反饋信號的微分值，通過補償轉(zhuǎn)矩指令Tcmd，來達(dá)到抑制速度環(huán)的震

5、蕩。5)速度回路和位置回路的高增益，可以改善伺服系統(tǒng)的響應(yīng)和剛性。因此可以減小機床的加工外形誤差，提高定位速度。由于這一效果，使得伺服調(diào)整簡化。HRV2把握可以改善整個系統(tǒng)的伺服性能。伺服用HRV2調(diào)整后，可以用HRV3改善高速電流把握，因此可進(jìn)行高精度的機械加工。表1-1是標(biāo)準(zhǔn)HRV2高精度伺服設(shè)定把握設(shè)定參數(shù)。表：1HRV2高精度伺服把握設(shè)定參數(shù)參數(shù)號碼設(shè)定值意義設(shè)置說明20040X000011HRV2 把握有效這三個參數(shù)通過電機參數(shù)初始化自動設(shè)定，進(jìn)行電機參數(shù)初始化時選擇的電機代碼號為電機代碼表中括號內(nèi)的電機代碼即可實現(xiàn)HRV2把握。2040標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值電流環(huán)路積分增益2041標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值電

6、流環(huán)路比例增益2003#31PI把握有效2017#71速度環(huán)比例項高速處理功能如機床有震驚可將該參數(shù)設(shè)為0。2006#41速度反饋讀入1ms有效2016#31停止時比例增益可變功能有效21192（1um檢測）20（0.1um檢測）停止時比例增益可變功能：停止推斷水平（檢測單位）18255000伺服環(huán)路增益如機床有震驚降低該參數(shù)數(shù)值。2021512速度環(huán)路增益如機床有震驚降低該參數(shù)數(shù)值。2202#11切換切削/快速移動速度環(huán)路增益有效2107150切換時速度環(huán)路增益倍率SIEMENS810/840D系統(tǒng)具有自動優(yōu)化功能，由驅(qū)動系統(tǒng)在負(fù)載狀態(tài)下自動測試和分析調(diào)整器的頻率特性，確保調(diào)整器的比例增益和

7、積分時間常數(shù)。假如自動優(yōu)化的結(jié)果不夠抱負(fù)，達(dá)不到機床最佳把握效果，在此基礎(chǔ)上需要進(jìn)行手工優(yōu)化。首先就SIEMENS810/840D自動優(yōu)化的具體步驟做一具體介紹。在優(yōu)化之前要使機床在JOG方式下，在如圖5畫面可以選WithoutPLC，這樣在優(yōu)化過程中PLC不生效。圖5 840D自動優(yōu)化畫面SIEMENS840D中PCU50軸優(yōu)化具體步驟：1.菜單啟動驅(qū)動/伺服軸擴展自動把握設(shè)置2.在自動把握設(shè)置窗口：設(shè)置好不帶PLC，上限、下限。3.按右側(cè)垂直菜單的啟動鍵，此時顯示“開頭機械系統(tǒng)測量部分1”確認(rèn)4.按“程序啟動鍵”，電機正轉(zhuǎn)。然后顯示“開頭機械系統(tǒng)測量部分2”“確認(rèn)”5.再次按“程序啟動鍵”

8、，電機反轉(zhuǎn)。然后顯示“啟動當(dāng)前把握的測量”“確認(rèn)”6.再次按“程序啟動鍵”。然后顯示“把握器數(shù)據(jù)開頭計算”“確認(rèn)”7.按右側(cè)垂直菜單的“保存”鍵，然后顯示“開頭測量速度把握回路”“確認(rèn)”8.再次按“程序啟動鍵”。手動適當(dāng)修改驅(qū)動參數(shù)1407。自動優(yōu)化的結(jié)果并不肯定是一個抱負(fù)的結(jié)果，大部分狀況下進(jìn)行手工優(yōu)化。手工優(yōu)化一般是先利用自動優(yōu)化的結(jié)果，在原調(diào)整器比例增益和積分時間常數(shù)的基礎(chǔ)上，更好地確定調(diào)整器比例增益和積分時間常數(shù)。最終還要依據(jù)測量的結(jié)果設(shè)定各種濾波器把握數(shù)據(jù)，以消退驅(qū)動系統(tǒng)的共振點。速度把握環(huán)手動優(yōu)化速度把握環(huán)優(yōu)化比例增益和積分時間常數(shù)兩個數(shù)據(jù)，先確定它的比例增益，再優(yōu)化積分時間常數(shù)。

9、假如把速度調(diào)整器的積分時間常數(shù)MD1409調(diào)整到500ms，積分環(huán)節(jié)實際上處于無效狀態(tài)，這時PI速度調(diào)整器轉(zhuǎn)化為P調(diào)整器。為了確定比例增益的初值，可從一個較小的值開頭，漸漸增加比例增益，直到機床發(fā)生共振，可聽到伺服電機發(fā)出的嘯叫聲，將這時的比例增益乘以0.5，作為首次測量的初值。參考頻率響應(yīng)是Kp(MD1407)和Tn(MD1409)優(yōu)化的最重要的方法。優(yōu)化后顯示的幅值(db)和相位圖1-6中，表示的是速度實際值是如何跟隨設(shè)定值的;0db表示實際速度和設(shè)定速度值是相同的幅值;0相位表明實際速度跟隨設(shè)定值具有最小的延時。手動優(yōu)化就是大量的、反復(fù)多次調(diào)整Kp(MD1407)和Tn(MD1409)數(shù)

10、值，目的就是使頻率特性的幅值在0db處保持盡可能寬的范圍，而不消滅不穩(wěn)定的振蕩狀況，必要時也需要不斷調(diào)整濾波器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。位置把握環(huán)的優(yōu)化位置環(huán)優(yōu)化主要是位置調(diào)整器的優(yōu)化。影響位置調(diào)整器的主要把握數(shù)據(jù)是它的伺服增益因子，由于系統(tǒng)的跟隨誤差與它有親密關(guān)系。調(diào)整位置調(diào)整器伺服增益因子的前提條件是速度調(diào)整器有較高的比例增益，因此速度調(diào)整器的優(yōu)化是位置調(diào)整器特性調(diào)整的基礎(chǔ)。調(diào)整伺服增益因子的目標(biāo)，應(yīng)使系統(tǒng)的跟隨誤差達(dá)到最小。增加伺服增益因子可以削減系統(tǒng)的跟隨誤差，但是伺服增益因子不能調(diào)整得太大，否則會導(dǎo)致系統(tǒng)的超調(diào)，甚至消滅振蕩現(xiàn)象。一般狀況下，為了獲得較高的輪廓加工精度，應(yīng)盡可能增大伺服增益因子。伺服增益因子在機床參數(shù)MD3220中設(shè)置。優(yōu)化位置調(diào)整器最簡潔的方法是觀看它的跟