數(shù)控系統(tǒng)伺服驅(qū)動優(yōu)化方法

數(shù)控系統(tǒng)伺服驅(qū)動優(yōu)化方法白斌國SIEMENS系統(tǒng)，如何提高伺服驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)特性，這也是維修及調(diào)試人員必須要做的一項(xiàng)很重要的工作。機(jī)床各軸的驅(qū)動、電機(jī)數(shù)據(jù)如速度環(huán)、位置環(huán)增益直接影響軸的動態(tài)運(yùn)行特性。如果這些參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，就會導(dǎo)致機(jī)床運(yùn)行過程中的振動，伺服電機(jī)嘯叫，使加工無法進(jìn)行，甚至?xí)?dǎo)致絲桿和導(dǎo)軌損壞。為了達(dá)到良好的零件加工精度，對驅(qū)動參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化是一關(guān)鍵詞：速度環(huán)位置環(huán)優(yōu)化伺服驅(qū)動優(yōu)化的目的就是讓機(jī)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(jī)床中，機(jī)電系統(tǒng)的不匹配通常會引起機(jī)床震動、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)化是必須的。數(shù)控系統(tǒng)伺服驅(qū)動包括3個(gè)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1-1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)速度必須高于最外環(huán)，如果沒有遵守此原則，(參數(shù))益45(參數(shù))益45益SV.TRC(操作)增始期益益增位環(huán)開周增增器環(huán)警警警警置治識度報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)報(bào)位位電電速(監(jiān)視)①圖1-1伺服系統(tǒng)控制回路圖1-2FANUC伺服調(diào)整畫面1)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，用JOG移動坐標(biāo)，看是否震動，或看伺服波形(TCMD)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(jī)的慣量和負(fù)載的慣量比，直原為0),關(guān)機(jī)再開機(jī)。如下圖1-3所示：采樣時(shí)間設(shè)定5000,如果調(diào)整X軸，設(shè)定數(shù)據(jù)為51,檢查實(shí)際速度。39×人乙#0圖1-3伺服波形設(shè)置畫面如果在起動時(shí)，波形不光滑(如圖1-4所示),則表示伺服增益不夠，需要再提高。如果在中間的直線上有波動，則可能由于高增益引起的震動，這可通過設(shè)定參數(shù)2066=-10(增加伺服電流環(huán)250um)來改變。圖1-4伺服波形顯示畫面機(jī)床在停止時(shí)也出現(xiàn)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(shí)),誤差在0左右變化。使用單脈沖抑制功能可以將此震蕩消除，按以下步驟調(diào)整：a)參數(shù)2003#4=1,如果震蕩在0-1范圍變化，設(shè)定此b)參數(shù)2099設(shè)置為4004)有關(guān)250um加速反饋的說明：電機(jī)與機(jī)床彈性連接，負(fù)載慣量比電機(jī)的慣量要大，在調(diào)整負(fù)載慣量比時(shí)候(大于512),會產(chǎn)生50-150HZ的振動，此時(shí)，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(jī)速度反饋信號的微分值，通過補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩指令Tcmd,來達(dá)到抑制速度環(huán)的震蕩。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(jī)床的加工形狀誤差，提高定位速度。由于這一效果，度的機(jī)械加工。表1-1是標(biāo)準(zhǔn)HRV2高精度伺服設(shè)定控制設(shè)定參數(shù)。參數(shù)號碼設(shè)定值意義設(shè)置說明這三個(gè)參數(shù)通過電機(jī)參數(shù)初始化自動設(shè)定，進(jìn)行電機(jī)參數(shù)初始化時(shí)選擇的電機(jī)代碼號為電機(jī)代碼表中括號內(nèi)的電機(jī)代碼即可實(shí)現(xiàn)HRV2控制標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值電流環(huán)路積分增益標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值電流環(huán)路比例增益1PI控制有效1速度環(huán)比例項(xiàng)高速處理功能如機(jī)床有震動可將該參數(shù)設(shè)為0。1速度反饋?zhàn)x入1ms有效1停止時(shí)比例增益可變功能有效2(lum檢測檢測)伺服環(huán)路增益如機(jī)床有震動降低該參數(shù)數(shù)值。速度環(huán)路增益如機(jī)床有震動降低該參數(shù)數(shù)值。切換切削/快速移動速度環(huán)路增益有效切換時(shí)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)節(jié)器的頻率特性，確保調(diào)節(jié)器的比例增益和積分時(shí)間常數(shù)。如果自動優(yōu)化的結(jié)果不夠理想，達(dá)不到機(jī)床最佳控制效果，在此基礎(chǔ)上需要進(jìn)行手工優(yōu)化。在優(yōu)化之前要使機(jī)床在JOG方式下，在如圖1-5畫面可以選WithoutPLC,這樣在優(yōu)化過程中PLC不生效。840D的自動優(yōu)化圖1-5840D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(kuò)展→自動控制設(shè)置2.在自動控制設(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(shí)顯示“開始機(jī)械系統(tǒng)測量部分4.按“程序啟動鍵”,電機(jī)正轉(zhuǎn)。然后顯示“開始機(jī)械系統(tǒng)測量部分2”→“確認(rèn)”5.再次按“程序啟動鍵”,電機(jī)反轉(zhuǎn)。然后顯示“啟動當(dāng)前控制的測量”→“確認(rèn)”6.再次按“程序啟動鍵”。然后顯示“控制器數(shù)據(jù)開始計(jì)算”保存驅(qū)動的引導(dǎo)文件參數(shù)號原值新值41SPEEDCTRL_GAIN_1SPEEDCTRL_INTEGRATOR_TIME_18.按右側(cè)垂直菜單的“保存”鍵，然后顯示“開始測量速度控制回路”→“確認(rèn)”自動優(yōu)化的結(jié)果并不一定是一個(gè)理想的結(jié)果，大部分情況下進(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)節(jié)器比例增益和積分時(shí)間常數(shù)的基礎(chǔ)上，更好地確定調(diào)節(jié)器比例增益和積分時(shí)間常數(shù)。最后還要根據(jù)測量的結(jié)果設(shè)定各種濾波器控制數(shù)據(jù)，1.速度控制環(huán)手動優(yōu)化速度控制環(huán)優(yōu)化比例增益和積分時(shí)間常數(shù)兩個(gè)數(shù)據(jù)，先確定它的比例增益，再優(yōu)化積分時(shí)間常數(shù)。如果把速度調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)MD1409調(diào)整到500ms,積分環(huán)節(jié)實(shí)際上處于無效狀態(tài)，這時(shí)PI速度調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)化為P調(diào)節(jié)器。為了確定比例增益的初值，可從一個(gè)較小的值開始，逐漸增加比例增益，直到機(jī)床發(fā)生共振，可聽到伺服電機(jī)發(fā)出的嘯叫聲，將這時(shí)的比例增益乘以0.5,作參考頻率響應(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，表示的是值是相同的幅值；0相位表明實(shí)際速度跟隨設(shè)定值具有最小的延時(shí)。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)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，而不出現(xiàn)不穩(wěn)定的振蕩情況，必要時(shí)也需要不斷圖1-6參考頻率響應(yīng)圖2.位置控制環(huán)的優(yōu)化位置環(huán)優(yōu)化主要是位置調(diào)節(jié)器的優(yōu)化。影響位置調(diào)節(jié)器的主要控制數(shù)據(jù)是它的伺服增益因子，因?yàn)橄到y(tǒng)的跟隨誤差與它有密切關(guān)系。調(diào)整位置調(diào)節(jié)器伺服增益因子的前提條件是速度調(diào)節(jié)器有較高的比例增益，因此速度調(diào)節(jié)器的優(yōu)化是位置調(diào)節(jié)器特性調(diào)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減少系統(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)，甚至出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。一般情況下，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(jī)床參數(shù)MD3220中設(shè)置。優(yōu)化位置調(diào)節(jié)器最簡單的方法是觀察它的跟隨特性，當(dāng)伺服增益系數(shù)改變時(shí)，在操作面板可以看到Followingerror(跟隨誤差)的變化，從中判斷伺服增益因子是否達(dá)到最佳。如圖1-7所示。Aba.congensatie