高速高精度控制的调整步骤ppt课件.ppt

,高速高精度控制的调整步骤,1,车驱动的三个基本要素,高速高精度机床加工的三个基本要素,驾驶员的驾驶技巧,加速器,刹车,手动响应速度,车的悬挂,CNC的进给率控制,伺服系统响应,机械刚性,驾车和机床高速高精度控制具有以上相似性.,高速高精度控制需要的基本元素,2,1.CNC进给速度控制高速高精度开始不协调的因素为了保证两者协调,切线方向的速度仅在必要的点上需要减小或者增加-依靠各个轴的速度差-依靠各个轴的加速度-依靠各个轴的加加速度,拐角前慢下来,拐角后速度升起来,曲线前慢下来,曲线时慢速,高速,高速高精度控制需要的元素,3,2.伺服系统响应-尽可能精确地跟随移动指令-尽可能抑制干扰扭矩通过使用HRV2或HRV3和HRV滤波器技术实现较高的速度增益设定,高速高精度控制需要的元素,实际路径,实际路径,指令路径,指令路径,普通车,赛车,4,3.机械刚性为了获得高增益和加工出高精度的工件,也需要高的机械刚性,高速高精度控制需要的元素,实际路径,指令路径,普通车,刚性好并平稳的车,满足以上所有3条对于实现机床高速高精度控制仅仅是具备了有一个好的驱动,5,伺服调整过程概述,6,伺服调整过程概述,为了提高伺服系统的执行性能和CNC进给率控制伺服调整是必要的.伺服调整由下列项目组成.(伺服系统响应)-增益和HRV滤波器调整这个调整提高了伺服控制总体的执行性能.增益调整是最重要的项目.-前馈调整调整前馈将路径误差减小为0.它是高速高精度机床必不可少的功能.(CNC进给率控制)-通过加速度调整进给速度控制-通过速度差调整进给速度控制-通过加加速度调整进给速度控制以上调整实现高速控制和指令路径的平滑控制,什么是伺服调整?,7,伺服调整过程概述,如何进行伺服调整1,在伺服调整过程中,增益调整和HRV滤波器调整是最重要的.通过提高伺服系统的速度增益和位置增益能够高精度跟随位置指令和抑制伺服电机的干扰.调整指导在伺服指导中自动进行增益调整.,PCMCIALAN卡,伺服指导,伺服指导是支持伺服调整的一个强有力的工具.伺服指导可以观测到伺服系统的状态并能对伺服进行自动调整.,8,伺服调整过程概述,如何进行伺服调整2,伺服调整使用一些代表性的图形形状.这些图形形状的程序已登记到伺服指导的程序窗口并通过程序窗口执行生成相应的程序.,(圆)前馈反向间隙加速,(方)通过速度差实现进给率控制速度增益,(带圆弧-拐角的方形)通过改变加速度实现进给率控制,9,HRV控制,高速响应和高分辨率反馈,位置控制,伺服系统,高精度电流反馈,伺服放大器,HRV滤波器,ai伺服电机,速度控制,伺服控制,伺服调整过程概述,关于伺服系统,伺服系统由伺服控制,伺服放大器和伺服电机组成.所有这些产品对于提高伺服系统的执行性能是很重要的.伺服调整提高了伺服控制的执行性能.,10,伺服调整过程概述,+,CNC发出,的指令,位置增益(*5),高速速度环(*3),前馈(*4),消除机械共振滤波器(*2),HRV电流控制HRV2,3(*1),+,实现高速高精度控制如下调整伺服功能,(*1)设定HRV电流控制(HRV2或HRV3)(*2,*3)调整消除机械共振滤波器并设定速度环路增益(*4)前馈调整(*5)位置增益调整,伺服控制中的伺服调整项目,伺服控制,11,(*1)设定HRV电流控制(HRV2或HRV3),通过选择HRV2标准电机参数电流环控制周期缩短到125s(对于ais,ai和bis伺服电机,使用90B0系列伺服软件支持HRV2标准电机参数).对于HRV2的加强功能,通过提高电流环的高速响应,使用伺服HRV3控制可以得到更高的速度环增益.电流环的高速响应是伺服系统总体执行性能提高的基础,伺服调整过程概述,速度环增益低,速度环增益高,12,(*2),(*3)消除机械共振滤波器调整和速度环增益设定,一些机床在特定的频率有很强的机械共振.消除机械共振滤波器的HRV滤波器除去振动有效.伺服指导的调整导航器功能用于调整HRV滤波器.也可以使用调整导航器功能设定更高的速度环增益全面提高伺服的执行性能.,调整导航器调整导航器按照一步一步的调整步骤提示进行调整.下列项目有效.-自动调整设定速度增益-自动调整设定HRV滤波器-支持设定高速高精度控制功能.,伺服调整过程概述,13,(*4)前馈调整,通过提前预读前馈,伺服延迟被消除并且图形误差减小了通常使用97%到100%的前馈系数,伺服调整过程概述,前馈0%,前馈100%,14,(*5)位置增益调整,通过使用高速速度环响应可以设定高的位置增益.设定高的位置增益也可以用于减小误差.推荐设定值大于50/sec,只要能保证稳定性.考虑快速进给的稳定性决定位置增益的限制值.,伺服调整过程概述,15,伺服调整过程概述,调整前,调整后,下列图形表示伺服调整后的结果.四象限凸起完全被抑制.路径变得更平滑.,举例,较小的路径误差,象限凸起被抑制,16,伺服调整过程详述,17,初始化伺服参数(1),调整初始化参数时,请从(1)到(4)初始化伺服参数.灰颜色数据需要根据具体机床调整.,注1.电机代码从251到350应用于HRV2参数,18,初始化伺服参数设定(2),FAD有效使位置指令更平滑.如果使用AICC,HPCC和AI-NanoCC,FAD不使用.为了减小位置指令的加速度CNC侧使用插补后加/减速是必要的.,19,设定高速度增益和位置增益可以有效减小象限凸起.但是设定高增益是有一些限制的.反向间隙加速是减小象限凸起的功能通过将加速指令加到速度指令当坐标轴反向时.两段反向间隙加速能够处理可变的速度.,初始化伺服参数设定(3),20,初始化伺服参数设定(4),更详细内容,请参照高速和高精度运行相关的参数说明,FANUC交流伺服电机ais/ai/bis系列参数说明书附录(B-65270).在说明书中,初始化设定参数对小型,中型和大型机床的功能分别进行描述.,21,速度增益和HRV滤波器调整(1),调整导航器可以容易地调整速度增益.调整导航器从测量频率响应结果可以看到速度环路的增益裕度.调整导航器建议出推荐的速度增益.,增益裕度,推荐增益,22,速度增益和HRV滤波器调整(2),调整导航器提高增益后,再测频率响应特性曲线.,我们推荐通过坐标轴的直线移动检测增益设定的正确性.如果观察到有一些振动,请将速度增益减小一点.,电机速度,转矩指令,降低增益,电机速度,转矩指令,23,速度增益和HRV滤波器调整(3),通过使用调整导航器可以容易地调整HRV滤波器.调整导航器检测响应频率.调整导航器建议出推荐的HRV滤波器参数.,推荐的滤波器参数,24,速度增益和HRV滤波器调整(4),设定滤波器后调整导航器可以看到频率响应特性曲线.如果你想修改,你能细微地调整滤波器.,我们推荐通过坐标轴的直线移动检测滤波器设定的正确性.如果观察到有一些振动,请稍修改一下滤波器参数.,电机速度,转矩指令,修改中心频率,25,改变增益的效果和滤波器调整举例,位置前馈系数100%速度增益300%,位置前馈系数100%速度增益650%速度环高速循环处理功能(2017#7=1)ON,10mm/div,速度增益和HRV滤波器调整(5),10mm/div,26,前馈功能结构图,前馈调整(1),前馈从CNC发出的位置指令转换成速度指令补偿.这个补偿减小了主要由位置环延迟产生的位置误差和轮廓误差.,速度前馈速度指令的变化率(加速度)转换成转矩指令补偿.这个补偿减小了主要由速度环延迟产生的位置误差和轮廓误差.,27,前馈系数0%,前馈系数100%,半径误差差不多是250mm,半径误差几乎是0mm,(位置)前馈调整,通过设定位置前馈系数值接近于100%,路径误差被彻底减小.,前馈调整(2),28,(位置)前馈调整,前馈调整(2),插补后时间常数=24ms前馈系数100%时间调整系数=0,插补后时间常数=24ms前馈系数100%时间调整系数=-3072,通过使用“时间调整系数”能够补偿由“插补后时间常数”导致的半径减小.如果路径误差有必要达到一定的限制值时,请提供使用这个特性.,29,速度前馈调整,当各个轴的加速度变化得快时,由于速度环延迟引起的位置误差就出现了.速度前馈(VFF)补偿这个延迟.这个程序带1/4圆弧的方形用于调整VFF的设定值.通过图形窗口的轮廓方式观察路径误差,你能够容易地调整VFF系数.请通过调整速度前馈减小凸起.,没有速度前馈,使用速度前馈,前馈调整(3),30,圆弧半径减速,根据加速度调整进给率控制(1),在这个点从直线到圆弧或从圆弧到直线各个轴的加速度快速变化.在这些点的路径误差变大.圆弧半径减速功能减小了拐角时的切线方向的速度和在上面2点加速度的变化.,A,B,C,D,直线部分:F4000,圆弧部分:F3000,切线速度,A,B,C,D,X,Y,测试程序,圆弧-直线,直线-圆弧,31,圆弧最大速度是F3000,圆弧最大速度是F2200,半径,圆弧最大速度,请调整圆弧半径减速满足机床要求的精度.由于圆弧半径减速的值,在根据加速度减速设定的允许加速度限制值被决定(半径的加速度=F2/R).,计算最大加速度,根据加速度调整进给率控制(2),圆弧半径减速,32,AI高精度控制和AI纳米高精度轮廓控制有相似的功能“根据加速度减速”.它根据减小速度指令钳制加速度.在小的G01线段系列里减速运算有效.“根据加速度减速”由到最大进给率的时间常数确定.,速度,时间,最大进给率,时间常数,这个斜率表示允许加速度,当你设定了这一栏中的加速度值时,伺服指导自动地确定了适当的时间常数.,根据加速度减速,根据加速度调整进给率控制(3),33,容许加速度注释,在“圆弧半径减速”和“根据加速度减速”中,请设定相同的最大加速度.,由圆弧钳制值我们也能够确定插补前时间常数值.,通常插补前时间常数=圆弧钳制值X3.0,根据加速度调整进给率控制(4),34,通过仅仅设定插补前时间常数,坐标轴在方形的拐角处不减速.在这点使用拐角减速是必要的.,A,B,C,直线部分:F10000,拐角部分:F500,切线速度,根据速度差调整进给率控制(1),A,B,C,D,X,Y,测试程序,35,拐角速度是F500,拐角速度是F200,请调整拐角减速满足机床加工精度要求.,根据速度差调整进给率控制(2),36,高速高精度伺服HRV3控制,37,伺服HRV控制,伺服HRV控制实现高速高精度,带高精度电流检测器的伺服放大器,带16,000,000/rev的超高分辨率脉冲编码器,带超平滑旋转的电机,路径误差2mm,R100mmF30m/min,1mm/div,高速高精度伺服系统,高速高精度伺服系统技术,38,通过高速CPU和ai伺服放大器的高精度电流检测器实现高速响应和高精度HRV电流控制通过高速响应和高分辨能力的ai脉冲编码器实现高的速度增益控制HRV滤波器消除从高频到低频的机械共振通过与ai和ais伺服电机的很平滑进给结合完成高速和高精度控制,HRV电流控制,高速响应和高分辨精度反馈,位置控制,伺服HRV控制,纳米插补,CNC,纳米CNC系统,高精度电流反馈,伺服放大器,HRV滤波器,ai伺服电机,高的速度增益控制,伺服HRV3控制,特性,39,SERVOHRV3Control,伺服HRV3控制,增强的HRV滤波器,小的相位变化,宽的和柔和的,常规的HRV滤波器,复数的,单一的,增益,相位,HRV滤波器抑制由于设定高的速度增益产生机械共振导致的振动多个(最多4个)机械共振抑制根据机床的特性,滤波器宽度和深度自由地设定,增强的HRV滤波器(1/2),40,.,SERVOHRV3Control,伺服HRV3控制,自动实时跟踪随意移动的机械共振适应依靠位置,运行中的状态和机械特性不同情况下的响应频率变化.,跟踪前,共振:250Hz滤波器:210Hz,TCMD,F10/min,振动减小,滤波器频率,HRV滤波器固定210Hz,变化后的实际响应,210,210,250,Hz,Hz,振动继续,跟踪后,总是固定的,增强的HRV滤波器(2/2),41,.,SERVOHRV3Control,伺服HRV3,误差4mm,立式加工中心(半闭环),圆弧切削(XYR100mm,F10m/min),误差1.5mm,伺服HRV2,速度增益300%位置增益70/Sec,速度增益700%位置增益120/Sec,效果1较小的路径误差,伺服HRV3控制,应用举例(1),42,.,路径误差4mm,R100mmF1m/min,a放大器,低速时平滑性更好,ai放大器,路径误差2mm,伺服HRV3控制,得益于ai放大器精确的电流检测,低速时进给的平滑性更好,ai放大器,43,SERVOHRV3Control,伺服HRV3控制,10mm,圆弧切削(XYR26mm,F2m/min),2mm/div,方形切削使用10mm步幅(F2m/min),HRV3速度增益1330%位置增益50/Sec,应用举例(2),立式加工中心(全闭环),44,.,SERVOHRV3