數控系統伺服驅動優化方法白斌國SIEMENS系統，如何提高伺服驅動系統的動態特性，這也是維修及調試人員必須要做的一項很重要的工作。機床各軸的驅動、電機數據如速度環、位置環增益直接影響軸的動態運行特性。如果這些參數設置不當，就會導致機床運行過程中的振動，伺服電機嘯叫，使加工無法進行，甚至會導致絲桿和導軌損壞。為了達到良好的零件加工精度，對驅動參數進行優化是一關鍵詞：速度環位置環優化伺服驅動優化的目的就是讓機電系統的匹配達到最佳，以獲得最優的穩定性和動態性能。在數控機床中，機電系統的不匹配通常會引起機床震動、加工零件表面過切、表面質量不良等問題。尤其在磨具加工中，對伺服驅動的優化是必須的。數控系統伺服驅動包括3個反饋回路，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。最內環回路反應速度最快，中間環節反應速度必須高于最外環，如果沒有遵守此原則，(參數)益45(參數)益45益SV.TRC(操作)增始期益益增位環開周增增器環警警警警置治識度報報報報報位位電電速(監視)①圖1-1伺服系統控制回路圖1-2FANUC伺服調整畫面1)首先將功能位參數P2003的位3設定1,回路增益參數P1825設定為3000,,速度增益參數P2021從200增加，每加100后，用JOG移動坐標，看是否震動，或看伺服波形(TCMD)注：速度增益=[負載慣量比(參數P2021)+256]/256*100。負載慣量比表示電機的慣量和負載的慣量比，直原為0),關機再開機。如下圖1-3所示：采樣時間設定5000,如果調整X軸，設定數據為51,檢查實際速度。39×人乙#0圖1-3伺服波形設置畫面如果在起動時，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，這可通過設定參數2066=-10(增加伺服電流環250um)來改變。圖1-4伺服波形顯示畫面機床在停止時也出現了小范圍的震蕩(低頻),從伺服調整畫面的位置誤差可看到，在沒有給指令(停止時),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，按以下步驟調整：a)參數2003#4=1,如果震蕩在0-1范圍變化，設定此b)參數2099設置為4004)有關250um加速反饋的說明：電機與機床彈性連接，負載慣量比電機的慣量要大，在調整負載慣量比時候(大于512),會產生50-150HZ的振動，此時，不要減小負載慣量比的值，可設定此參數進行改善。此功能把加速度反饋增益乘以電機速度反饋信號的微分值，通過補償轉矩指令Tcmd,來達到抑制速度環的震蕩。5)速度回路和位置回路的高增益，可以改善伺服系統的響應和剛性。因此可以減小機床的加工形狀誤差，提高定位速度。由于這一效果，度的機械加工。表1-1是標準HRV2高精度伺服設定控制設定參數。參數號碼設定值意義設置說明這三個參數通過電機參數初始化自動設定，進行電機參數初始化時選擇的電機代碼號為電機代碼表中括號內的電機代碼即可實現HRV2控制標準設定值電流環路積分增益標準設定值電流環路比例增益1PI控制有效1速度環比例項高速處理功能如機床有震動可將該參數設為0。1速度反饋讀入1ms有效1停止時比例增益可變功能有效2(lum檢測檢測)伺服環路增益如機床有震動降低該參數數值。速度環路增益如機床有震動降低該參數數值。切換切削/快速移動速度環路增益有效切換時速度環路增益倍率SIEMENS810/840D系統具有自動優化功能，由驅動系統在負載狀態下自動測試和分析調節器的頻率特性，確保調節器的比例增益和積分時間常數。如果自動優化的結果不夠理想，達不到機床最佳控制效果，在此基礎上需要進行手工優化。在優化之前要使機床在JOG方式下，在如圖1-5畫面可以選WithoutPLC,這樣在優化過程中PLC不生效。840D的自動優化圖1-5840D自動優化畫面SIEMENS840D中PCU50軸優化具體步驟：1.菜單→啟動→驅動/伺服軸→擴展→自動控制設置2.在自動控制設置窗口：設置好不帶PLC,上限、下限。3.按右側垂直菜單的啟動鍵，此時顯示“開始機械系統測量部分4.按“程序啟動鍵”,電機正轉。然后顯示“開始機械系統測量部分2”→“確認”5.再次按“程序啟動鍵”,電機反轉。然后顯示“啟動當前控制的測量”→“確認”6.再次按“程序啟動鍵”。然后顯示“控制器數據開始計算”保存驅動的引導文件參數號原值新值41SPEEDCTRL_GAIN_1SPEEDCTRL_INTEGRATOR_TIME_18.按右側垂直菜單的“保存”鍵，然后顯示“開始測量速度控制回路”→“確認”自動優化的結果并不一定是一個理想的結果，大部分情況下進行手工優化。手工優化一般是先利用自動優化的結果，在原調節器比例增益和積分時間常數的基礎上，更好地確定調節器比例增益和積分時間常數。最后還要根據測量的結果設定各種濾波器控制數據，1.速度控制環手動優化速度控制環優化比例增益和積分時間常數兩個數據，先確定它的比例增益，再優化積分時間常數。如果把速度調節器的積分時間常數MD1409調整到500ms,積分環節實際上處于無效狀態，這時PI速度調節器轉化為P調節器。為了確定比例增益的初值，可從一個較小的值開始，逐漸增加比例增益，直到機床發生共振，可聽到伺服電機發出的嘯叫聲，將這時的比例增益乘以0.5,作參考頻率響應是Kp(MD1407)和Tn(MD1409)優化的最重要的方法。優化后顯示的幅值(db)和相位圖1-6中，表示的是值是相同的幅值；0相位表明實際速度跟隨設定值具有最小的延時。手動優化就是大量的、反復多次調整Kp(MD1407)和Tn(MD1409)數值，目的就是使頻率特性的幅值在0db處保持盡可能寬的范圍，而不出現不穩定的振蕩情況，必要時也需要不斷圖1-6參考頻率響應圖2.位置控制環的優化位置環優化主要是位置調節器的優化。影響位置調節器的主要控制數據是它的伺服增益因子，因為系統的跟隨誤差與它有密切關系。調整位置調節器伺服增益因子的前提條件是速度調節器有較高的比例增益，因此速度調節器的優化是位置調節器特性調調整伺服增益因子的目標，應使系統的跟隨誤差達到最小。增加伺服增益因子可以減少系統的跟隨誤差，但是伺服增益因子不能調整得太大，否則會導致系統的超調，甚至出現振蕩現象。一般情況下，為了獲得較高的輪廓加工精度，應盡可能增大伺服增益因子。伺服增益因子在機床參數MD3220中設置。優化位置調節器最簡單的方法是觀察它的跟隨特性，當伺服增益系數改變時，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到最佳。如圖1-7所示。Aba.congensatie