FANUC_高速高精度控制的调整步骤

1、FANUC LTDTuning - 1.1 高速高精度控制的调整步骤高速高精度控制的调整步骤FANUC LTDTuning - 2.2 车驱动的三个基本要素车驱动的三个基本要素 高速高精度机床加工的高速高精度机床加工的 三个基本要素三个基本要素驾驶员驾驶员的驾驶技巧的驾驶技巧加速器加速器,刹车刹车,手动手动响应速度响应速度车的车的 悬挂悬挂CNC 的进给率控制的进给率控制 伺服伺服 系统系统响应响应机械机械刚性刚性 驾车和机床高速高精度控制具有以上驾车和机床高速高精度控制具有以上 相似性相似性 . 高速高精度控制需要的基本元素高速高精度控制需要的基本元素FANUC LTDTuning - 3.

2、31. CNC 进给速度控制进给速度控制 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高速高精度控制需要的元素FANUC LTDTuning - 4.42. 伺服系统响应伺服系统响应 -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

3、通车普通车赛车赛车FANUC LTDTuning - 5.53. 机械刚性机械刚性 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高速高精度控制需要的元素实际路径指令路径普通车普通车刚性好并刚性好并平稳的车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FANUC LTDTuning - 6.6FANUC LTDTuning - 7.7伺服调整过程概述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

4、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什么是伺服调整 ?FANUC LTDTuning - 8.8伺服调整过程概述伺服调整过程概述如何进行伺服调整如何进行伺服调整 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

5、行增益调整.PCMCIAPCMCIALAN LAN 卡卡伺服伺服指导指导伺服指导 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.FANUC LTDTuning - 9.9伺服调整过程概述伺服调整过程概述如何进行伺服调整如何进行伺服调整 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.(圆圆) 前馈前馈 反向间隙加速反向间隙加速(方方) 通过速度差实现进给率控制通过速度差实现进给率控制 速度增益速度增益(带圆弧带圆弧-拐角的方形拐角的方形) 通过改变加速度实现进给率控制通过改变

6、加速度实现进给率控制FANUC LTDTuning - 10.10HRV 控制控制高速响应和高速响应和 高分辨率反馈高分辨率反馈位置控制位置控制伺服系统伺服系统高精度高精度电流反馈电流反馈伺服伺服放大器放大器HRV滤波滤波器器a ai 伺服电机伺服电机速度控制速度控制伺服控制伺服控制伺服调整过程概述伺服调整过程概述关于伺服系统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.FANUC LTDTuning - 11.11伺服调整过程概述伺服调整过程概述+CNC发出发出的指令的指令位置增益位置增益

7、(*5)高速速度环高速速度环 (*3)前馈前馈 (*4)消除消除 机械共振机械共振滤波器滤波器 (*2) HRV 电流控制电流控制 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伺服控制FANUC LTDTuning - 12.12(*1) 设定设定 HRV 电流控制电流控制 (HRV2 或或 HRV3) 通过选择 HRV2 标准电机参数电流环控制周期缩短到125 s (对于 ais, ai

8、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伺服调整过程概述速度环增益低速度环增益低速度环增益高速度环增益高FANUC LTDTuning - 13.13(*2),(*3) 消除机械共振滤波器调整消除机械共振滤波器调整 和速度环增益设定和速度环增益设定 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

9、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 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. 伺服调整过程概述伺服调整过程概述FANUC LTDTuning - 14.14(*4) 前馈调整前馈调整 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伺服调整过程概述 前馈前馈0% 前馈前馈 100%FANUC LTDTuning - 15.15(*5) 位置增益调整位置增益调整 通过使用

10、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.伺服调整过程概述伺服调整过程概述FANUC LTDTuning - 16.16伺服调整过程概述伺服调整过程概述调整前调整前调整后调整后 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.举例举例较小的较小的 路径误差路径误差象限凸起被抑制象限凸起被抑制FANUC LTDTuning - 17.17FANUC LTDTuning - 18.18初始化伺服参数初始化伺服参数 (1) 调整初始化参数时, 请从

11、(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.注注 1. 电机代码从电机代码从 251 到到 350 应用于应用于 HRV2 参数参数FANUC LTDTuning - 19.19初始化伺服参数设定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.FANUC LTDTuning - 20.20 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

12、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初始化伺服参数设定 (3)FANUC LTDTuning - 21.21初始化伺服参数设定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.FANUC LTDTuning - 22.22速度增益和速度增益和 HRV 滤波器调整滤波器调整 (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

13、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FANUC LTDTuning - 23.23速度增益和速度增益和HRV滤波器调整滤波器调整 (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FANUC LTDTuning - 24.24速度增益和速度增益和HRV 滤波器调整滤波器调整 (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FANUC

14、 LTDTuning - 25.25速度增益和速度增益和HRV滤波器调整滤波器调整 (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修改中心频率中心频率FANUC LTDTuning - 26.26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% 速度增益速度增益 650% 速度环高速循环处理功能 (2017#7=1) ON10m/div速度增益和速度增益和HRV滤波器调整滤波器调整

15、 (5)10m/divFANUC LTDTuning - 27.27前馈功能结构图前馈调整前馈调整 (1)前馈前馈 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. -+a asKp速度环速度环位置指令位置指令速度速度 前馈前馈+位置反馈位置反馈FANUC LTDTuning - 28.28前馈系数 0%前馈系数 100%半径误差差不多是 250m半 径 误 差 几 乎 是 0m(位置) 前馈调整通过设定位置前馈系数值

16、接近于 100%, 路径误差被彻底减小. 前馈调整前馈调整 (2)FANUC LTDTuning - 29.29(位置) 前馈调整前馈调整前馈调整 (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.FANUC LTDTuning - 30.30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)

17、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 .XY由Y轴延迟导致的位置误差由X轴延迟导致的位置误差XY没有速度前馈没有速度前馈使用速度前馈使用速度前馈前馈调整前馈调整 (3)FANUC LTDTuning - 31.31圆弧半径减速根据加速度调整进给率控制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.ABCD直线部分:F

18、4000圆弧部分:F3000切线速度ABCDXY测试程序圆弧-直线直线-圆弧FANUC LTDTuning - 32.32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根据加速度调整进给率控制 (2)圆弧半径减速FANUC LTDTuning - 33.33 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

19、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根据加速度调整进给率控制 (3)FANUC LTDTuning - 34.34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 X 3.0根据加速度调整进给率控制根据加速度调整进给率控制 (4)FANUC LTDTuning - 35.35 通过仅仅设定插补前时

20、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.ABC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根据速度差调整进给率控制 (1)ABCDXY测试程序FANUC LTDTuning - 36.36拐角速度是 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根据速度差调整进给率控制 (2)FANUC LTDTuning - 37.37高速高精度高速高精度伺服伺服 HRV3 控制控制FANUC LTDTuning - 38.38伺服伺服HRV控制控制 伺服HRV 控制实现 高速高精度带高精度电流检测

21、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路径误差 2 mR100mm F30m/min1 m/div高速高精度伺服系统高速高精度伺服系统高速高精度伺服系统技术纳米控制纳米控制 超平滑进给和高速频率响应FANUC LTDTuning - 39.39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 电电流流 控控制制高速响应和高

22、分辨精度反馈高速响应和高分辨精度反馈位置 控制伺服伺服 HRV 控制控制纳米插补CNC纳米纳米 CNC 系统系统高精度电流反馈高精度电流反馈伺服伺服放大器放大器HRV 滤滤波器波器a ai 伺服电机伺服电机高的高的速度增益速度增益 控制控制伺服伺服 HRV3 控制控制特性特性 FANUC LTDTuning - 40.40SERVO HRV3 Control伺服伺服 HRV3 控制控制增强的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 增益增益相位相位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

23、度自由地设定增强的增强的 HRV 滤波器滤波器 (1/2)FANUC LTDTuning - 41.41SERVO HRV3 Control伺服伺服HRV3控制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 : 210HzTCMDF10/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210210250HzHz振动 继续跟踪后总是固定的增强的增强的 HRV 滤波器滤波器 (2/2)FANUC LTDTuning - 42.42SERVO HRV3 Control伺服伺服 HRV 3误差4 m 立式加工中心立式加工中心 (半闭环半闭环)圆弧切削 (XY R100mm,F10m/min)误差1.5 m 伺服伺服 HRV2 速度增益速度增益 300%位置增益位置增益 70/Sec速度增益速度增益 700%位置