数字伺服系统的调整

1、FANUC 数字伺服系统的调整通常情况下，数字伺服的调整应通过数控系统进行，数字伺服的调整可分为初始化与动态性能调整两部分。 1FANUC 数字伺服的初始化当数控系统的伺服驱动更换，或因为更换电池等，使伺服参数出现错误时，必须对伺服系统进行初始化处理与重新调整。数字伺服的初始化步骤如下。 (1)初始化的准备 在初始化数字伺服前，应首先确认以下基本数据，以便进行初始化工作。 1)数控系统的型号。 2)伺服电的型号、规格、电代码。 3)电内装的脉冲编码器的型号、规格。 4)伺服系统是否使用外部位置检测器件，如使用，需要确认其规格型号。 5)电每转对应的工作台移动距离。 6)机床的检测。7)数控系统

2、的指令 (2)初始化的步骤 数字伺服的初始化按以下步骤进行： 1)使数控系统处在“紧停”状态。 2)设定系统的参数写入为“”状态。 3)操作系统，显示伺服参数画面。对于不同的系统，其操作方法有所区别，具体如下： 对于 FANUC 0C 系统，操作步骤为： 将机床参数 PRM389 bit0 设定为“1”，使伺服参数页面可以在 CRT 上显示。关机，使 PRM389 bit0 的设定生效。 通过按系统操作面板上的“PARAM”(参数显示)键(按键可能需要数次，或直接通过系统显示的“软功能键”进行选择)，直到出现图 5-18 所示的页面显示。 对于 FANUC l5 系列系统：按“SERVICE”

3、键数次，直到出现图 5-18 所示的页面显示； 对于 FANUC l6/18/20/21 系列系统，操作步骤为： 将机床参数 PRM3111 bit0设定为“1”，使伺服参数页面可以在 CRT 上显示。 关机，使 PRM3111 bit0 的设定生效。按“SYSTEM”键，选择“系统”显示页面。 按次序依次操作“软功能键”SYSTEM>SV-PRM，使图 5-18 所示的页面显示。图 5-18数字伺服初始化页面4)根据系统的要求设定伺服系统的指令(INITIAL SET BITS 的 bit0)；设定初始化参数(INITIAL SET BITS 的 bitl)为初始化方式(见表 5-17

4、)。 5)根据所使用的电，输入电代码参数“Motor ID No”。 6)根据电的编码器输出脉冲数，设定编码器参数 AMR，在通常情况下，使用串行口脉冲编码器时，AMR 设定为 00000000。7)根据机床的机械传动系统设计，设定指令脉冲倍乘比 CMR。8)根据机床的机械传动系统设计与使用的编码器脉冲数，设定伺服系统的“电子齿轮比”参数“Feed gear”的 N/M 的值。 9)设定电转向参数“DIRECTION Set”，正转时为 111，反转时为-111。 10)设定伺服系统的速度反馈脉冲数“Velocity Pulse No” 与位置反馈脉冲数“Position Pulse No”。

5、在通常情况下，对于半闭环系统，可以按表 5-17 进行设定；当采用全闭环系统时，设定参数有所区别，可参见有关手册进行，在此从略。表 5-17 速度/位置反馈脉冲数的设定表指令设定INITIAL SET BITS bit 0=0INITIAL SET BITS bit 0=1初始化位INITIAL SET BITS bit l=0INITIAL SET BITS bit l=1Velocity Pulse NO8192819Position Pulse NO12500125011)根据编码器脉冲数、丝杠螺距、比等参数设定伺服系统的参考计数器容量“Refcounter”。 12)关机，再次开机。2

6、FANUC 数字伺服的参数调整与动态优化当数字伺服参数设定错误时，将发生数字伺服，这时必须调整参数。的内容与以及应调整的参数见表 5-18。表 5-18 数字伺服参数及调整上览表应调整的参数内容FANUC0C8*47FANUC 151857FANUC16/18/20/212047POAl(观察器)溢POAI 参数被设定出N 脉冲抑制电平溢出前馈参数溢出为 0N 脉冲抑制参数设定太大前馈参数超过了32767位置增益参数设定太大位置反馈脉冲数大于 131008*03180820038*6819612068位置增益溢出51718251825位置反馈脉冲数溢出8*0018042000电确代码不正电误代

7、码设定错8*2018742020轴选择错误坐标轴设定错误269274102318911876102320242023位置反馈脉冲数08*24速度反馈脉冲数 8*230旋转方向=0电子齿轮比设定(N/M)0电子齿轮比(N/M)>18*228*84/8*8518791977/197820222084/2085其他8*84/8*851977/19782084/2085(1)数字伺服的功能概述 FANUC 数字伺服采用了部分新型的功能，它用于调整伺服系统的动态特性，这些功能包括：1)停止时的振荡抑制功能(N 脉冲抑制功能)。N 脉冲抑制功能的作用是消除停止时的振荡。由于伺服系统采用了闭环，当电不

8、转时，当速度反馈出现很小的偏移时，经过速度环的放大，就可能引起电的振荡。使用 N 脉冲抑制功能，可能在电停止时，从速度环比例增益中消除速度反馈脉冲的偏移量，避免电停止时的振荡。2)机械谐振抑制功能。在 FANUC 数字伺服中，用于机械谐振抑制的功能主要有：250µs反馈功能、机械速度反馈功能、观察器功能、转矩指令滤波功能、双位置反馈功能等。250µs反馈功能是利用电的速度反馈信号乘以反馈增益，实现对转矩的补偿，从而对速度环的振荡进行抑制的功能，它对由于弹性联轴器联结或负载惯量的引起的 50150Hz 的振荡具有抑制作用。 机械速度反馈功能可以在电与机床间连接刚性不足时，将机

9、床本身的速度反馈加入速度环中，从而提高速度环的稳定性。 观察器功能用于消除机械系统的高频谐振干扰，提高速度环的稳定性。在数字伺服系统中，控制系统的状态变量为速度与扰动转矩，观察器的功能是将的速度状态变量用于反馈。由于观察器的速度量中无实际速度的高频分量，因此，利用本功能可以消除速度环的高频振荡。 转矩滤波器的作用是对转矩指令进行低通滤波，消除转矩指令中的高频分量，从而抑制机械系统的高频谐振。 双位置反馈功能用于全闭环系统，它可以使全闭环系统获得与半闭环系统同样的稳定性。 3)超调补偿功能。超调补偿功能是通过数字伺服系统的全器，使得系统的转矩指令满足起动转矩指令 TCMDl>静摩擦转矩&g

10、t;动摩擦转矩>停止时的转矩指令 TCMD2 的关系式，从而消除了系统的超调。4)形状误差抑制功能。在 FANUC数字伺服中，用于抑制形状误差的功能主要有位置前馈、反向间隙两种功能。 位置前馈是通过前馈，提高了系统的动态响应速度，从而减小系统的位置跟随误差，抑制的形状误差的功能。 反向间隙是通过提高系统反向间隙补偿速度，减小了由于机械系统间隙引起的位置滞后，从而抑制的形状误差的功能。通过合理充分利用上述功能，选择合理的伺服参数，可以使伺服系统获得最佳的静、动态性能。 (2)数字伺服的参数调整 当数字伺服参数设定不合适时，伺服系统的动态性能将变差，严重时甚至会使系统产生振荡与超调，这时必须

11、进行参数的调整与优化。对于不同的故障，伺服系统参数的调整与优化步骤如下。 1)停止时发生振荡。伺服系统停止时可能发生的振荡有高频振荡与低频振荡两种，对于停止时的振荡，参数调整的步骤与内容见表 5-19。表 5-19 数字伺服参数调整一览表 1现象处理应调整的参数FANUC 0CFANUC 15FANUC16/18/20/2120441降低速度环比例增益(PK2V)高频 振荡2降低负载惯量比8*4418568*218*668*038*218*4318751894180818751855202120662003202120433使用 250µs功能4. 使用 N 脉冲抑制功能5. 提高负

12、载惯量比6降低速度环(PKlV)增益低频 振荡7提高速度环比例增益(PK2V)8*44185620442)移动时发生振荡。伺服系统移动时可能发生的振荡，亦有高频振荡与低频振荡两种，对于移动时的振荡，参数调整的步骤与内容见表 5-20。表 5-20 数字伺服参数调整一览表 2应调整的参数现象处理FANUC 0C8*44FANUC 151856FANUC16/18/20/2120441. 降低速度环比例增益(PK2V)2. 降低负载惯量比高频振荡8*218*668*218*43187518941875185520212066202120433使用 250µs功能4提高负载惯量比5降低速度

13、环(PKlV)增益低频振荡6. 提高速度环比例增益(PK2V)7. 调整 TCMD 波形8*4418562044应使用调整板进行3)超调。对于伺服系统移动时超调，参数调整的步骤与内容见表 5-21。表 5-21 数字伺服参数调整一览表 3应调整的参数现象处 理FANUC 0C8*038*21FANUC 1518081875FANUC16/18/20/21200320212003/2045/207720451使 PI生效(PIEN)2提高负载惯量比3使用超调抑制功能 8*03/8*45/8*77 1808/1875/1970超调4提高速度环全积8*451875分增益（PK3V）5调整 TCMD

14、波形应使用调整板进行4)出现圆弧插补象限过渡过冲现象。对于伺服系统圆弧插补象限过渡过冲现象，参数调整的步骤与内容见表 5-22。 表 5-22 数字伺服参数调整一览表 4应调整的参数现 象处 理FANUC 0C8*035358*03FANUC 151808185118081957FANUC16/18/20/2120031851200320151使 PI生效(PIEN)圆弧插补象限过渡过冲2. 调整反向间隙值3. 使用反向间隙功能4. 使用两级反向间隙功能5. 调整 VCMD 波形应使用调整板进行FANUC 0i 数控机床半闭环消除振荡的方法首先应分析振荡大概的频率，如果是断续的，有规律的我们称

15、之为低频振荡，频率在 100400Hz 时称之为高频振荡。低频振荡时：（1）（2）（3）（4）降低位置环增益，参数为 1825，标准设为 3000降低负载惯量比，参数为 2021，一般设定在70 以下加入比例适当增（PI)，参数为 20033，设为 1，使 PI使能度增益，参数 2043高频振荡时：（1）使 250us度反馈功能，此功能使对速度环反馈的一种补偿功能，由于机床的传动环节导致弹性变形，或是负载的惯量折合倒电机轴上后与电的转子惯量相比较大时，就会产生振荡。参数 2066，一般设定在-10-20 之间，此值不能过大会引起不正常的振荡。（2） 适当降低负载惯量比（3） 加入转矩指令滤波器

16、功能，该功能是一低通滤波环节，对于 100Hz 以上的转矩指令有抑制作用，因此可以消除高频振荡。参数 2067，这是一个与截至频率有关的量值，范围为 1166（200Hz）2327（90Hz）。（4) 加入观测器功能，如果假如（3）时不起作用，可假如此功能。此功能实际上是对速度指令中的高频成分进行分离，并加以抑制。设定参数：20032，此位为 1，观测器有效；2047，设定观测器检测系数 POA1，值按标准设定；2050， 设定观测器检测系数 POK1，设定值按标准设定；2051，设定系数 POK2，按标准设定。以上使最基本的抑制方法，可在不同的机较大，所以不能一概而论。浅谈数控系统振荡的排除

17、方法试验应用，但由于机床的结构差别本文介绍了数控机床伺服系统的原理及产生振荡的分析，提出了全闭环数控引言系统消除振荡的理论依据和方法。数控系统的振荡现象已成为数控全闭环系统的共同性问题。尤其在卧式带立柱的Z 轴和旋转数控工作台 B 轴，其系统出现振荡的频率较高。该问题已成为影响数控设备正常使用和高度的重要因1、产生振荡的分析一。产生振荡的有很多，陈了机械方面存在不可消除的传动间隙、弹性变形、摩擦阻力等诸多因素外，伺服系统的有关参数的影响也是重要的一方面。伺服系统有交流和直流之分，本文主要讨论直流伺服系统因参数影响引起的振荡。大部分数控机床采用的是全闭环方式，其原理图如图 1 所示。由图 1 可

18、看出，引起伺报系统振动的大致有四种情况：a.b.c.d.位置环不良又引起输出电压不稳；速度环不良引起的振动；伺服系统可调太人引起电压输出失真；传械装置（如丝杆）间隙太大。环的输出参数量失真或机械传动装置间隙太大都是引起振动的主要因这些素。它们都可以通过伺服2、消除振动的基本方法系统进行参数优化。有些数控伺服系统采用的是半闭环装置，而全闭环伺服系统必须是在期局部半闭环系统不发生振动的前提下进行参数调整，所以两者大同小异，本文为避免重复， 暂只讨论全闭环情况下的参数优化方法。2.1 降低位置环增益在伺服系统中有参考的标准值，例如 FANUCO-C 系列为 3 000，西门子 3 系统为1666，出

19、现振荡可适当降低增益，但不能降太多，因为要保证系统的稳态误差。2.2 降低负载惯量比负载惯量比一般设置在发生振动时所示参数的 70%左右，如不能消除故障，不宜继续降低该参数值。2.3 加入比例微器（PID）比例微器是一个多功能器，它个仅能有效地对电流电压信号进行比例增益，同时可调节输出信号滞后或超的问题，振荡故障有时因输出电流电压发生滞后或超前情况而产生，这时可通过 PID 来调节输出电流电压相位。2.4 采用高频抑制功能以上讨论的是有关低频振荡时参数优化方法，而有时数控系统会因机械上某些振荡产生反馈信号中含有高频谐波，这使输出转矩量不恒定，从而产生振动。对于这种高频振荡情况，可在速度环上加入

20、一阶低通滤波环节，即为转矩滤波器。其原理如图 2 所小。图 2 表明，速度指令与速度反馈信号经速度器转化为转矩信号，转矩信号通过一阶滤波环节将高频成分截止，从而得到有效的转矩信号。通过调节参数可将机械产生的 100Hz 以上的频率截止，从而达到消除高频振荡的效果。2.5 采位置反馈功能双反馈是一种改变其原理图如图 3 所示。方式的方法，可在同一个系统选择半闭环或全闭环方式，由图 3 可看出，误差器 ER1 和 ER2 分别被用于全闭环和半闭环系统中。一阶延时环节的传递函数为（1S）-1，可见实际误差 ER 主要取决于一阶延时环节中时间常数，的取值：若O，则（1+s）-11，ERER1（ER2E

21、R1） ER2，可见在此情况下该系统处于全闭环故障；误差，从而可以利用全闭环的误差方法来消除振动若，则（1+s）-1O，ERER1，可见在此情况下该系统处于半闭环控制误差，从而可以利用半闭环的误差方法来消除振动故障。综上所述，利位置反馈可使系统在全闭环和半闭环两种方式下进行，从而大大提高了系统的调节范围，也增加了系统的调节参数。从时间常数上可知，该系统可在停止状态下进行全闭环误差调整，在过渡状态下可进行半闭环调整。现以FANUCOC 为例，将具体参数调整过程进行简单介绍。首先设置参数 P84ll（DPFB）为 1，即为选择双位置反馈功能；P8449 为位置反馈的最大振幅，一般设置为 0；P8478（）和 P8479（分母）为上图中位置转换环节的常数设置，可根据要求设置；P8480 为一阶延时环节的参数设置代号，其设置范围为 10 ms300 ms，一般设定为 100ms 左右；P8481 为零点幅度， 一般情况下为 0，但因振荡可适当调高一点。双位置反馈功能是一种比较灵活的误差修正方式，在系统调试过程中有很好的参数优化和保证系统稳定性的功能。2.6 采用机械反馈功