交流伺服增益调整

1、交流伺服增益調整交流伺服增益調整 內容概要 1. 增益調整概念 2. 增益調整的相關參數與控制架構 3. 增益調整的原則 4. 增益調整的方法與流程 5. 問題討論與實機操作示範 交流伺服的基本控制架構 速度控制. 450 Hz 位制控制. 125 Hz 電流控制. 1.8 KHz 編碼器脈波回授. 速度估測 電流檢測 15KHz 取樣15KHz 取樣15KHz 取樣 影響增益調整的要素 1. 機台對馬達的負載慣性比 2. 機台的動作頻度與加工精度的要求 3. 機台的機械傳動剛性 機台對馬達的負載慣性比的影響 負載慣性比大負載慣性比大負載慣性比小負載慣性比小 固定增益下, 慣性比愈 大, 速度

2、響應愈差 固定增益下, 慣性比愈小, 速度響應愈佳 設定較大的增益以維持 響應, 容易產生共振 設定較小的增益即可維 持響應, 不易產生共振 電流容易飽和 使性能受限 電流不易飽和 性能不易受限 馬達容易產生過負載馬達不易產生過負載 容易產生回昇能量錯誤 不易產生回昇能量錯誤 Servo Drive 馬達馬達 速度指令速度指令馬達旋轉馬達旋轉速度速度 速度指令電速度指令電壓壓 馬達旋轉馬達旋轉速度速度 GainE Ei 相位延遲相位延遲 增益比為增益比為（ ） 時的頻率稱為響應時的頻率稱為響應 頻率頻率 Delta ASDA 速度速度響應頻率響應頻率 450 2 輸出 輸入 輸入 伺服性能評估

3、 : 速度頻率應答性 伺服性能評估 :位置定位整定時間 ASDA基本伺服增益參數基本伺服增益參數 代號簡稱功能初值單位 適用控制模 式 PST 2-00KPP位置控制增益35rad/sO 2-04KVP速度控制增益500rad/sOOO 2-06KVI速度積分補償100 OO KPP參數設定參數設定 位置控制增益（KPP，參數P2-00） 本參數決定位置回路的應答性, KPP值設定越大對於位置命令的追隨性越佳， 位置誤差量越小，定位整定時間越短， 但是過大的設定會造成機台產生抖動 或定位會有過衝(overshoot)的現象。 2 KPP )(Hz位置回路響應頻率 KVP參數設定 速度控制增益（

4、KVP，參數P2-04） 本參數決定速度控制回路的應答性， KVP設越大對於速度命令的追隨性越佳， 但是過大的設定容易引發機械共振。 速度回路的頻率必須比位置回路的頻率高 46倍， 當位置響應頻率比速度響應頻率高時， 機台會產生抖動或定位會有過衝(overshoot)的現象。 2)1 ( KVP )( 負載慣性比 速度回路響應頻率 Hz KVI 參數設定 速度積分補償（KVI，參數P2-06） KVI 越大對固定偏差消除能力越佳， 過大的的設定容易引發機台的抖動， 建議設定值如下： 速度回路的響應頻率參數5 . 1)062(PKVI ASDA 前饋增益與外部干擾抵抗增益前饋增益與外部干擾抵抗增

5、益參數 代號簡稱功能初值單位 適用控制模式 PST 2-02KPF位置前饋增益50000.0001O 2-03PFF位置前饋增益平滑常數5msecO 2-07KVF速度前饋增益 00.0001OO 2-26DST外部干擾抵抗增益 00.001OO PFG與PFF參數設定 位置前饋增益 (PFG，參數P2-02) 可降低位置誤差量並縮短定位的整定時間， 但過大的設定容易造成定位過衝的現象； 若電子齒輪比設定大於10亦容易產生噪音。 位置前饋增益平滑常數(PFF，參數P2-03) 可降低電子齒輪比設定大於10所產生噪音。 位置控制增益調整的效果 調大增益 P2-00 加入前饋補償 P2-02 DS

6、T參數設定 外部干擾抵抗增益 (DST，參數P2-26) 本參數用來增加對外力的抵抗能力 並降低加減速的過衝的現象。 出廠值為0為一般PI 控制器。 若設定為非零則為PDFF 控制架構。 在手動模式不建議手動調整， 除非是要進行PDFF自動增益結果的微調, 或是利用PC 增益調整軟體自動計算該增益值 ASDA自動增益調整與等級設定相關參數自動增益調整與等級設定相關參數 代號簡稱功能初值單位 適用控制模式 PST 2-32AUT2增益調整方式 0 OOO 2-31AUT1自動及簡易模式設定44 OOO 1-37GDR對伺服馬達的負載慣量比 (P2-32 設3 or 5 時才有作用) 5.0tim

7、esOOO ASDA共振抑制參數共振抑制參數 代號簡稱功能初值單位 適用控制模式 PST 2-23NCF共振抑制Notch filter 1000HzOOO 2-24DPH共振抑制Notch filter衰減率 0DBOOO 2-25NLP共振抑制低通濾波 2 or 5msecOOO NLP 參數設定參數設定 共振抑制低通濾波器（NLP，參數P2-25） 負載慣性比越大，速度回路的響應頻率會下降， 必須加大KVP以維持速度的響應頻率， 在加大KVP 的過程，可能產生機械共振音， 請嘗試利用本參數將噪音消除。 越大的設定對高頻噪音的改善越明顯， 但是過大的設定會導致速度回路不穩定及過衝的現象 ，

8、 其設定建議值如下： )(4 1000 )252( Hz PNLP 速度回路響應頻率 參數 控制架構圖控制架構圖 積分控制 (P2-06) 速度增益 (P2-04) 共振抑制 (P2- 25) (P2-23) (P2-24) 位置增益 (P2-00) 外部干擾抵抗增 益 (P2-26) 速度估測器 位置前饋增益與 平滑濾波器 (P2-02/P2-03) 驅動器速度控制模式 驅動器位置控制模式 上層控器控制 上層控器控制 編碼器迴授 電流命令 脈波命令 + + + _ + _ + _ 位置控制方塊圖 KPP Position loop Proportional Gain P2-00 LPF Po

9、sition Command Filter P1-08 Position Pulse Command KPF Position Feedforward gain P2-02 LPF P2-03 CURENT CONTROLSPEED CONTROLMOTOR N/M Electric Gear Ratio P1-44 & P1-45 du/dt Derivative Encoder Position FeedBack 速度控制方塊圖 A/D V-REF KVP Speed loop Proportional Gain P2-04 KVF Speed Feedforward gain P2-07

10、 SP0/SP1 KVI P2-06 LPFJL P1-37 S curve P1-34/P1-35/P1-36 Internal Speed 3 P1-11 Internal Speed 2 P1-10 Internal Speed 1 P1-09 LPF P1-06 s 1 Integrator P1-40/10 Speed Estimation CURENT CONTROLMOTOR du/dt Derivative Position feedbackSpeed feedback P2-26 調機原則(一) 位置響應 10 Hz = 速度響應10Hz 位置響應10 Hz = 速度響應50

11、Hz 位置響應10 Hz = 速度響應100Hz 系統震盪 合理設定 過高的速度響應 可能會引發不必要 的機械共振 速度回路必需比位置回路響應快 46 倍 2 KPP )(Hz位置回路響應頻率 2)1 ( KVP )( 負載慣性比 速度回路響應頻率 Hz 調機原則(二) 正確的慣性比估測會影響增益設定的正確性 , 所以得到負載 慣性比為增益調整的第一步驟, 並由負載慣性比可事先知道 馬達的選用是否合理及決定伺服響應設定的等級 愈大的慣性比要得到同樣的速度響應需要設定越高的增益, 但越高的增益容易引發機械共振, 應此需要高響應表現的機 台負載慣性比應較小 450 Hz接近空載 300 HzJL

12、1 200 HzJL 3 100 HzJL 6 註 : 本參考表格為個人在400 W motor 運用上的經驗, 並非性能規格 調機原則(三) 動作頻度越高的機台需要愈好的伺服響應配合 精度要求越高的機台需要愈好的伺服響應配合 愈好的伺服響應需要設定較高位置 或速度回路的響應頻率, 在多軸的補間的運用, 每一軸應設定相同的響應頻率, 減少輪廓誤差 調機原則(四) 最佳的伺服響應設定是 在機台的性能與機械共振間得到一平衡點 當性能與共振有衝突時才使用notch filter 處理共振問題 高響應的伺服需要高剛性的機構配合 因此, 使用者必須自行選擇出最適合機台的響應頻率 增益調整模式增益調整模式

13、 0:0:手動模式手動模式 1:1:簡易模式簡易模式 2:2:自動模式自動模式( (持續調整持續調整) ) 3:3:自動模式自動模式( (負載慣量比負載慣量比 固定固定, ,頻寬可調整頻寬可調整) ) 4:4:自動模式自動模式( (持續調整持續調整) ) 5:5:自動模式自動模式( (負載慣量比負載慣量比 固定固定, ,頻寬可調整頻寬可調整) ) 增益調整方式增益調整方式(參數參數P2-32) 增益調整方式選擇 增益調整模式P2-32使用時機軟體版本 手動增益調整0(出廠)自動增益結果微調 進階使用者手動調整 搭配PC 調機小工具調整 無限制 簡易增益調整1負載慣性比變化範圍大且變動劇烈無限制

14、 PI 自動增益調整 (慣量持續估測) 2未知機台慣性比的初次調機(軟體版 本 V1.011以前) 慣性比不固定但變化緩慢 無限制 PI自動增益調整 (慣量由P1-37設定) 3慣性比已知且不想使用手動調整 模式 2 調機完成後, 用來固定增益 無限制 PDFF自動增益調整 (慣量持續估測) 4適合入門者操作 未知機台慣性比的初次調機 慣性比不固定但變化緩慢 V1.012 以上 PDFF自動增益調整 (慣量由P1-37設定) 5適合入門者操作 慣性比已知且不想使用手動調整 模式 4調機完成後, 用來固定增益 V1.012 以上 增益調整模式 P2-32自動設定的參數使用者自行調整的參數增益狀態

15、 手動增益調整固定 0(出廠)無P2-00 (位置控制增益) P2-04 (速度控制增益) P2-06 (速度積分補償) P2-25 (共振抑制低通濾波) 固定 簡易增益調整 1 P2-04 P2-06 P2-26 P2-31 X值 (剛性等級) P2-00 (位置控制增益) P2-25 (共振抑制低通濾波) 固定 PI 自動增益調整 (慣量持續估測) 2 P2-00 P2-04 P2-06 P2-31 Y值 (應答等級) P2-25 (共振抑制低通濾波) 持續 調整 PI自動增益調整 (慣量 由P1-37設定) 3 P2-00 P2-04 P2-06 P1-37 (負載慣性比) P2-31

16、Y值 (應答等級) P2-25 (共振抑制低通濾波) 固定 PDFF自動增益調整 (慣量持續估測) 4 P2-00, P2-04, P2-06, P2-25, P2-26 P2-31 Y值 (應答等級)持續 調整 PDFF自動增益調整 (慣量由P1-37設定) 5 P2-00,P2-04, P2-06,P2-25, P2-26 P1-37 (負載慣性比) P2-31 Y值 (應答等級) 固定 增益調整模式與參數關係 PDFF 與 PI自動增益調整模式比較 PI自動增益調整 Proportional Integral PDFF自動增益調整 Pseudo-Derivative Feedback a

17、nd Feedforward P2-25 共振抑制低 通濾波 不自動調整自動調整，可有效降低馬達噪音 P2-26 外部干擾抵 抗增益 不自動調整自動調整，在高慣性比的低響性設定時, 減少 overshoot, 並縮短整定時間 位置與速度響應速度快位置六倍速度快位置45倍, 在同樣的速度響應下, 位置的整定 時間更短。 對外力干擾比PDFF 差比PI佳 頻寬等級09,十等級設定 A以上與 9 同 0F 十六等級設定 與PC 增益調整的比 較 有差異, 少了 P2-25與 P2-26 的調整 非常接近 PDFF與PI 速度響應等級比較表 2-31 Y 值PI 自動增益速度響應PDFF 自動增益速度

18、響應 020Hz20Hz 130Hz30Hz 240Hz40Hz 360Hz50Hz 485Hz (出廠等級)60Hz (出廠等級) 5120Hz70Hz 6160Hz80Hz 7200Hz100Hz 8250Hz120Hz 9300Hz140Hz A300Hz160Hz B300Hz180Hz C300Hz200Hz D300Hz220Hz E300Hz260Hz F300Hz300Hz PDFF 與 PI 的比較 PDFF PI 典型的調機步驟 利用上層命令 或參數P4-05或 PC軟體進行慣性比估測 設定響應等級 觀察性能表現 排除機械共振 完成 負載慣量估測的限制負載慣量估測的限制 1

19、. 到達 2000 RPM 之加減速時間需在 1秒以下。 2. 回轉速需在 200 RPM 以上。 3. 負載慣量需為馬達慣量的 100 倍以下。 4. 外力或慣性比變化不得太劇烈。 5. 自動增益模式（固定慣量P2-32為3 或 5），負載慣量停止估測。 6. 負載慣性比估測值，斷電不儲存，每次重上電，參數 P1-37為負載慣 性比估測的初始值。 但以下兩種狀況，負載慣性比估測值會自動存入參數P1-37： (1) 當由自動模式2切換至自動模式3。 (2) 當由自動模式4切換至自動模式5。 調機的軟體工具 高速即時波形監看軟體 慣性比估測與增益調整軟體 PC 增益調整軟體說明(1/2) 2)

20、請務必依據使用的機種設定， 可由驅動器右側標籤分辨機種。 3) 輸入機台對馬達的負 載慣性比，此數值如何 得知，請參考下一頁說 明。 1) 選擇連接線的通訊埠位置, 並參考驅動器的通訊協定設定 Buad /Station /Protocol 4) B.W. 為速度控制回路 的響應頻寬，數值範圍 應位於(10Hz450Hz), 數 值越高代表響應越佳, 但 須配合機台特性調整， 過高的設定，會引發機 械共振。 5) 完成B.W. 和 JL/Jm 設定後 ，按下Compute，程式自動算 出最佳的伺服參數： P2- 00/P2-02/P2-04/P2-06 P2-25/P2-26。 6) 按下Download，將參數存 至驅動器。 7) 按下Upload，將參數從驅動 器讀回，作比較或參考。 1) 點選Enable Control Panel 啟動自動慣性比估測 功能，當完成自動慣性比 估測功能時, 務必取消此選 項，使參數回復至使用者 設定值。