ABB-外轴参数调整手册

外轴参数调整一、 ABB机器人对外轴的控制参数的调整的基本步骤l 完成外轴的硬件安装，如电机的安装，SMB盒的安装等；l 向机器人控制器内加载外轴的临时参数文件；l 对加载的临时参数进行修改和配置，保证机器人此时能够控制电机的转动；l 如果客户需要对电机有额外的设置，如抱匝、使能和里控制等，需要额外的配置和设置；l 等所有的参数设置都完成后开始电机参数的调整。二、 配置外轴参数2.1 加载参数2.1.1 在示教器上点击Control Panel进入Configuration选项，选择File ，Load parameters加载通用的参数文件： 2.1.2 选择：Load parameters if no duplicates 然后选择如下路径加载参数：MediapoolRobotWare_5.XX.XXXX utility Additional AxisDM1General，然后选择相应的文件加载；2.1.3 重启系统。2.2 配置参数2.2.1 在Motion中选择Mechanical Unit并且定义如下参数l Namel Standby State: Yes/Nol Activate at Start Upl Deactivation Forbiddenl Use Single 12.2.2 在Motion中选择Single定义Single；l Namel Single2.2.3 在Motion中选择Single Type定义外轴的种类；有以下几种选项可以选择：TRACK;FREE_ROT;EXT_POS;TOOL_ROT;2.2.4 在Motion中选择Joints，为外轴指定外轴的序号；如：第10个轴对应与robtarget中的eax_d2.2.5 在Motion中选择Arm,定义外轴的运动范围；l Upper Joint Bound;l Lower Joint Bound;2.2.6 在Motion中选择Accelerarion Data,定义外轴加速和减速运动参数；l Nominal Acceleration；l Nominal Deceleation；2.2.7 在Motion中选择Transmission,定义外轴与传动比相关的参数；（这些参数与减速机相关）l Transmission Gear Ratio；l Rotating Movel Transmission High Gearl Transmission Low Gear2.2.8 在Motion中选择Motor Type，定义下面的参数；（这些参数有电机供应厂商提供）l Pole paris l Ke Phase to phase (Vs/Rad)l Max current (A)l Phase resistance（ohm）l Phase inductance（H）2.2.9 在Motion中选择Motor Calibration，定义下面的参数；l Calibration offset ；通过Fine calibration 获得；l Commutator offset：电机供应商提供；2.2.10 在Motion中选择Stress Duty Cycle，定义最大扭矩和最快转速；l Torque Absolute Max;l Speed Absolute Max;Note： 如果Torque Absolute Max太大会造成配置错误，因此通常定义如下：Torque Absolute Max 1.732 Ke Phase to Phase Max Current;通过计算出的值适当的减小（510）；2.2.11 重启系统；三、 参数调整3.1. 检测电机的连接正确性这段主要讲述应用ABB标准的程序Commutation来验证电机参数是否配置合理，主要验证以下几项功能：l 寻找同步永磁电机的Commutation的值；l 检查电机的相序是否正确；l 检查电机的电机对是否设置正确；l 检查Resolver的连接是否良好。3.1.1 在Motion中选择Drive system,将Current_vector_on设置为TRUE，然后重新启动系统，并且运行程序Commutation；Debug Call Service Routine Commutation。3.1.2 检查电机的相序连接是否正确；通过示校器控制电机的相正方向旋转，从安装杆看相电机，如果旋转方想为顺时针方向，则电机的相序连接正确，如下图所示：如果电机旋转方向不正确，则可以通过改变接线方式来纠正：如将RST改为SRT，RTS，TSR等。3.1.3 检测电机的电极对，单步执行Commutaion程序，则每执行一步电机会旋转1/16圈。3.1.4 检测Resolver的连接，单步执行Commutation程序，如果Resolver连接正确，电机转动的角度会增加。3.2. 调整Commutaion的值需要准备一个24V的直流电源和继电器。ABB的标准电机的Commutation offset值都为1.5708。l 禁止电机（Deactivate the motor）;l 关闭Controller；l 将电机的电源线拔开；l 将电机和齿轮箱分离（主要是为了防止电机受齿轮箱摩擦力的干扰）；l 在电机的松匝信号两端接上开关信号，保证随时可以使电机松匝；l 先将电机松匝，将另一组24V的电源的正极接到S级（V级），将0V接到T级（W级）。注意：不要直接将电源的正负级接到线圈上去，需要24V和0V之间串连一个继电器的线圈，以保证不烧毁电源。接上电源后，断开电源，此时电机已经回到正确的Commutation 位置，如果在接上电源，电机应该不会再转动。l 将电机的松匝信号解开，电机抱匝；l 将电机再次连接到机器人控制器上，重新启动系统，不要转动任何机械部件；l 打开Test Signal Viewer，Mechanical unit 选择Resolver_angle，观看Resolver_angle的值，将正确的值输入Commutation offset中。3.3. 按照下图设置Test signal Viewer设置：speed 和 torque_ref注意：具体的Test signal Viewer操作参看手册ABBTest Signal Viewer 1.3.pdf；3.4. 初步调整Kv，Kp，Ti；3.4.1 调整Kv（方法一）l 将Lag control master 0 中的参数 FFW Mode 设置为No；l 将Kp设置为5（记录Kp的初始值）；将Ti设置为10（记录Ti的初始值），重启系统让新的参数生效；l 按照下列程序逐步增加Kv的值，增幅为10，观看Test signal viewer中的Torque_ref信号，当电机出现不稳定，即电机有明显的振动和声音，停止运行程序。MODULE Kv_tunePROC main()VAR num i;VAR num per_Kv;VAR num Kv;TuneReset;FOR i FROM 0 TO 40 DOper_Kv:=100+10*i;Kv:=1*per_Kv/100;TPErase;TPWrite per_Kv = Num:=per_Kv;TPWrite Kv = Num:=Kv;TuneServo STN1,1,100Type:=TUNE_KP;TuneServo STN1,1,100Type:=TUNE_TI;TuneServo STN1,1,per_KvType:=TUNE_KV;MoveJ p1,v1000,z50,tool0;MoveJ p2,v500,z50,tool0;MoveJ p1,v1000,z50,tool0;WaitTime 1;ENDFORENDPROCENDMODULE通过Test signal Viewer可以十分清楚的看见电机的不稳定的状况：l 记录此时的Kv的值，将Kv/2的值输入到系统参数中，重新启动系统。调整Kv方法二：采用ABB提供的标准的外轴调整软件，tune master进行参数调整，如下图所示，当电机的速度出现明显的抖动，然后将此Kv值除以2Kv值越大变位机的速度响应越快，但是过快容易造成电机的不稳定和抖动，通常Kv=0.61.5之间。3.4.2 调整Kp（方法一）l 保持刚调整玩的Kv值不变，将Kp值改回到原来的初始值，依然保证Ti为10；l 按10的比例逐步增加Kp的值，观察Test signal viewer中的Torque_ref信号，直到见到Test signal viewer中的Overshot现象为止；MODULE kp_tunePROC main()VAR num i;VAR num per_Kp;VAR num Kp;TuneReset;FOR i FROM 0 TO 20 DOper_Kp:=100+10*i;Kp:=5*per_Kp/100;TPErase;TPWrite per_Kp = Num:=per_Kp;TPWrite Kp = Num:=Kp;TuneServo STN1,1,100Type:=TUNE_KV;TuneServo STN1,1,100Type:=TUNE_TI;TuneServo STN1,1,per_KpType:=TUNE_KP;MoveJ p1,v1000,z50,tool0;MoveJ p2,v500,z50,tool0;MoveJ p1,v1000,z50,tool0;WaitTime 1;ENDFORENDPROCENDMODULEl 将Kp减1，即KpKp1，将所得的值输入到系统中，重启系统；调整Kp（方法二）采用ABB提供的标准的外轴调整软件，tune master进行参数调整，如下图所示：保证绿线尽量的接近红线，但是不要出现过冲现象，如果没有出现明显的过冲现象，则参看力矩曲线（蓝线所示），如果蓝线出现明显的振荡曲线，则表示此时参数已经合适。上诉两种方法区别：第一种方法采用精度高，调试效率低；第二种方法，精度低，调试效率高。通常情况下Kp值越大，电机的定位精度越高，但是过大时容易造成电机的振动，对电机损伤大，对于大负载的变位机，通常Kp为20左右，对于小负载的变位机，Kp通常为35左右，具体调整大小视情况而定。3.4.3 调整Ti（方法一）l 保持刚调整完毕的Kv和Kp值不变，将Ti设置为1；l 将Ti的值按10的步长递减，观察Test signal viewer的Torqueref，直到见到overshot为止。MODULE ti_tunePROC main()VAR num i;VAR num per_Ti;VAR num Ti;TuneReset;FOR i FROM 0 TO 10 DOper_Ti:=100-10*i;Ti:=1*per_Ti/100;TPErase;TPWrite per_Ti = Num:=per_Ti;TPWrite Ti = Num:=Ti;TuneServo STN1,1,200Type:=TUNE_KV;TuneServo STN1,1,250Type:=TUNE_KP;TuneServo STN1,1,per_TiType:=TUNE_TI;MoveJ p1,v1000,z50,tool0;MoveJ p2,v500,z50,tool0;MoveJ p1,v1000,z50,tool0;WaitTime 1;ENDFORENDPROCENDMODULEl 记录此时的Ti值，将Ti值增加510，即TiTi（15），将此值输入到系统中，重新启动系统；调整Ti方法二：Ti值通常为越小变位机速度响应越快，但是越小越容易造成电机抖动，Ti通常为0.1.3.5. 设置Inertia（Specifying the inertial）当变位机上的负载过大时或者偏心比较严重时，需要调整变位机的惯量，这样可以保证变位机的稳定性和精度，如下图所示，采用Tune master调整变位机的惯量：3.6. 调整Bandwidth（Tuning Bandwidth）3.7. Tuning of Resonance frequency3.8. 调整Acceleration和Decelerationl Acceleration 和 Deceleration 两个参数都是属于Motion中的Acceleration Datal 运用TSV（Test Signal Viewer）去监控正负Torque_limit 和Torque_ref的值，然后以0.5的步长增加Acceleration的值，在TSV中观察Torque_ref是否向Torque_limit靠近，当值增加到一定程度后Torque_ref已经非常接近Torque_limit（即如果再增加Acceleration的值就会导致Torque_ref和Torque_limit进行交叉），记录此时的Acceleration的值，然后将其减少10%，将此值作为标准的Acceleration的值。l 注意Deceleration和Acceleration的方法一样，不同之处在于Acceleration是让Torque_ref向positive Torque_limit靠近，而Deceleration是让Torque_ref向negative Torque_limit靠近.如下图所示：正确的Acc参数：Acc的值太高：Acc的值太低：3.9. 最终调整Kp、Kv和Ti如果在装上夹具和工件后，发现变位机的参数并不完全合适，因此需要根据实际情况重新调整变位机的Kp，Kv和Ti参数，以保证变位机运动的稳定性，调试方法和上述相同。具体调试步骤见：Tune master帮助说明手册。附件1：ABB机器人对外轴电机的控制方式：ABB机器人控制柜分为高压控制柜和低压控制柜：低压控制柜主要控制：IRB140，IRB1410，IRB1600，IRB2400，IRB4400等小型号的机器人；高压控制柜主要控制：IRB4600，IRB6640，IRB7600，IRB6620等大型号的机器人；高压控制柜和低压控制柜的主要区别在于：低压控制柜外轴驱动器输出的电压等级为198430V之间，额定输出为234V；高压控制柜外轴驱动的电压等级为：377790V之间，额定输出为400V。因此对于ABB的标准变位机，如MTC，IRBP R， IRBP K等变位机他们采用的电机都是200V电压等级的，因此他们只能适合于低压控制柜。如果大型机器人想要控制变位机必须进行额外配置一个低压控制柜，通常采用4400的控制柜作为低压控制柜。对于我们设计的LCP 500K这种型号的变位机，采用的电机是高压低压兼容的电机，他的额定电压为400V，因此这种电机既适用于高压控制柜，也适用于低压控制柜。注意（哪种型号的电机能够与ABB电机进行同步）：（1）电压等级为400V AC的交流伺服永磁电机；（2）必须是星型连接方式（Y，Star connection）；（3）电机的反馈必须是Resolver形势的，下面几种型号是经过ABB认可的可以与ABB兼容的resolver型号：通常我们选择Tamagawa的Res