数控系统伺服驱动优化方法

1、数控系统伺服驱动优化方法目前数控机床配置的数控系统主要有日本FANUC和德国SIEMENS系统，如何提高伺服驱动系统的动态特性，这也是修理及调试人员必需要做的一项很重要的工作。伺服驱动优化的目的就是让机电系统的匹配达到最佳，以获得最优的稳定性和动态性能。在数控机床中，机电系统的不匹配通常会引起机床震惊、加工零件表面过切、表面质量不良等问题。尤其在磨具加工中，对伺服驱动的优化是必需的。数控系统伺服驱动包括3个反馈回路，即位置回路、速度回路以及电流回路，其组成的框图如图1所示。最内环回路反应速度最快，中间环节反应速度必需高于最外环，假如没有遵守此原则，将会造成震惊或反应不良。图1伺服系统把握回路伺

2、服优化的一般原则是位置把握回路不能高于速度把握回路的反应，因此，若要增加位置回路增益，必需先增加速度回路的增益。假如仅仅增加位置回路增益，机床很简洁产生振动，造成速度指令及定位时间增加，而非削减。在做伺服优化时必需知道机床的机械性能，由于系统优化是建立在机械装配性能之上的，即不仅要确保伺服驱动的反应，而且也必需确保机械系统具备高刚性。以日本FANUC0iC系统为例，具体讲解伺服驱动优化过程。主要过程在伺服调整画面进行优化调整，画面如图2所示。图2FANUC伺服调整画面首先将功能位参数P2003的位3设定1，回路增益参数P1825设定为3000，速度增益参数P2021从200增加，每加100后，

3、用JOG移动坐标，看是否震惊，或看伺服波形(TCMD)是否平滑。注：速度增益=负载惯量比(参数P2021)+256/256*100。负载惯量比表示电机的惯量和负载的惯量比，直接和具体的机床相关，肯定要调整。伺服波形显示：把参数P3112#0改为1(调整完后,肯定要还原为0)，关机再开机。采样时间设定5000，假如调整X轴，设定数据为51,检查实际速度。图3伺服波形设置画面假如在起动时，波形不光滑(如图4所示)，则表示伺服增益不够，需要再提高。假如在中间的直线上有波动，则可能由于高增益引起的震惊，这可通过设定参数2066=-10(增加伺服电流环250um)来转变。图4伺服波形显示画面N脉冲抑制：

4、当在调整时，由于提高了速度增益，而引起了机床在停止时也消灭了小范围的震荡(低频)，从伺服调整画面的位置误差可看到，在没有给指令(停止时)，误差在0左右变化。使用单脉冲抑制功能可以将此震荡消退，按以下步骤调整：a)参数2003#4=1，假如震荡在0-1范围变化，设定此参数即可。b)参数2099设置为4004)有关250um加速反馈的说明：电机与机床弹性连接，负载惯量比电机的惯量要大，在调整负载惯量比时候(大于512)，会产生50-150HZ的振动，此时，不要减小负载惯量比的值，可设定此参数进行改善。此功能把加速度反馈增益乘以电机速度反馈信号的微分值，通过补偿转矩指令Tcmd，来达到抑制速度环的震

5、荡。5)速度回路和位置回路的高增益，可以改善伺服系统的响应和刚性。因此可以减小机床的加工外形误差，提高定位速度。由于这一效果，使得伺服调整简化。HRV2把握可以改善整个系统的伺服性能。伺服用HRV2调整后，可以用HRV3改善高速电流把握，因此可进行高精度的机械加工。表1-1是标准HRV2高精度伺服设定把握设定参数。表：1HRV2高精度伺服把握设定参数参数号码设定值意义设置说明20040X000011HRV2 把握有效这三个参数通过电机参数初始化自动设定，进行电机参数初始化时选择的电机代码号为电机代码表中括号内的电机代码即可实现HRV2把握。2040标准设定值电流环路积分增益2041标准设定值电

6、流环路比例增益2003#31PI把握有效2017#71速度环比例项高速处理功能如机床有震惊可将该参数设为0。2006#41速度反馈读入1ms有效2016#31停止时比例增益可变功能有效21192（1um检测）20（0.1um检测）停止时比例增益可变功能：停止推断水平（检测单位）18255000伺服环路增益如机床有震惊降低该参数数值。2021512速度环路增益如机床有震惊降低该参数数值。2202#11切换切削/快速移动速度环路增益有效2107150切换时速度环路增益倍率SIEMENS810/840D系统具有自动优化功能，由驱动系统在负载状态下自动测试和分析调整器的频率特性，确保调整器的比例增益和

7、积分时间常数。假如自动优化的结果不够抱负，达不到机床最佳把握效果，在此基础上需要进行手工优化。首先就SIEMENS810/840D自动优化的具体步骤做一具体介绍。在优化之前要使机床在JOG方式下，在如图5画面可以选WithoutPLC，这样在优化过程中PLC不生效。图5 840D自动优化画面SIEMENS840D中PCU50轴优化具体步骤：1.菜单启动驱动/伺服轴扩展自动把握设置2.在自动把握设置窗口：设置好不带PLC，上限、下限。3.按右侧垂直菜单的启动键，此时显示“开头机械系统测量部分1”确认4.按“程序启动键”，电机正转。然后显示“开头机械系统测量部分2”“确认”5.再次按“程序启动键”

8、，电机反转。然后显示“启动当前把握的测量”“确认”6.再次按“程序启动键”。然后显示“把握器数据开头计算”“确认”7.按右侧垂直菜单的“保存”键，然后显示“开头测量速度把握回路”“确认”8.再次按“程序启动键”。手动适当修改驱动参数1407。自动优化的结果并不肯定是一个抱负的结果，大部分状况下进行手工优化。手工优化一般是先利用自动优化的结果，在原调整器比例增益和积分时间常数的基础上，更好地确定调整器比例增益和积分时间常数。最终还要依据测量的结果设定各种滤波器把握数据，以消退驱动系统的共振点。速度把握环手动优化速度把握环优化比例增益和积分时间常数两个数据，先确定它的比例增益，再优化积分时间常数。

9、假如把速度调整器的积分时间常数MD1409调整到500ms，积分环节实际上处于无效状态，这时PI速度调整器转化为P调整器。为了确定比例增益的初值，可从一个较小的值开头，渐渐增加比例增益，直到机床发生共振，可听到伺服电机发出的啸叫声，将这时的比例增益乘以0.5，作为首次测量的初值。参考频率响应是Kp(MD1407)和Tn(MD1409)优化的最重要的方法。优化后显示的幅值(db)和相位图1-6中，表示的是速度实际值是如何跟随设定值的;0db表示实际速度和设定速度值是相同的幅值;0相位表明实际速度跟随设定值具有最小的延时。手动优化就是大量的、反复多次调整Kp(MD1407)和Tn(MD1409)数

10、值，目的就是使频率特性的幅值在0db处保持尽可能宽的范围，而不消灭不稳定的振荡状况，必要时也需要不断调整滤波器参数进行优化。位置把握环的优化位置环优化主要是位置调整器的优化。影响位置调整器的主要把握数据是它的伺服增益因子，由于系统的跟随误差与它有亲密关系。调整位置调整器伺服增益因子的前提条件是速度调整器有较高的比例增益，因此速度调整器的优化是位置调整器特性调整的基础。调整伺服增益因子的目标，应使系统的跟随误差达到最小。增加伺服增益因子可以削减系统的跟随误差，但是伺服增益因子不能调整得太大，否则会导致系统的超调，甚至消灭振荡现象。一般状况下，为了获得较高的轮廓加工精度，应尽可能增大伺服增益因子。伺服增益因子在机床参数MD3220中设置。优化位置调整器最简洁的方法是观看它的跟