數(shù)控系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)優(yōu)化方法

SIEMENS810/840D系統(tǒng)具有自動(dòng)優(yōu)化功能，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在負(fù)載狀態(tài)下自動(dòng)測(cè)試和分析調(diào)節(jié)器的頻率特性，確保調(diào)節(jié)器的比例增益和積分時(shí)間常數(shù)。如果自動(dòng)優(yōu)化的結(jié)果不夠理想，達(dá)不到機(jī)床最佳控制效果，在此基礎(chǔ)上需要進(jìn)行手工優(yōu)化。

首先就SIEMENS810/840D自動(dòng)優(yōu)化的具體步驟做一詳細(xì)介紹。

在優(yōu)化之前要使機(jī)床在JOG方式下，在如圖5畫面可以選Without PLC，這樣在優(yōu)化過程中PLC不生效。

圖5 840D自動(dòng)優(yōu)化畫面

SIEMENS840D中PCU50軸優(yōu)化具體步驟：

1. 菜單→啟動(dòng)→驅(qū)動(dòng)/伺服軸→擴(kuò)展→自動(dòng)控制設(shè)置

2. 在自動(dòng)控制設(shè)置窗口：設(shè)置好不帶PLC，上限、下限。

3. 按右側(cè)垂直菜單的啟動(dòng)鍵，此時(shí)顯示“開始機(jī)械系統(tǒng)測(cè)量部分1” →確認(rèn)

4. 按“程序啟動(dòng)鍵”，電機(jī)正轉(zhuǎn)。然后顯示“開始機(jī)械系統(tǒng)測(cè)量部分2” →“確認(rèn)”

5. 再次按“程序啟動(dòng)鍵”，電機(jī)反轉(zhuǎn)。然后顯示“啟動(dòng)當(dāng)前控制的測(cè)量” →“確認(rèn)”

6. 再次按“程序啟動(dòng)鍵”。然后顯示“控制器數(shù)據(jù)開始計(jì)算” →“確認(rèn)”

7. 窗口顯示：

8. 按右側(cè)垂直菜單的“保存”鍵，然后顯示“開始測(cè)量速度控制回路” →“確認(rèn)”

9. 再次按“程序啟動(dòng)鍵”。手動(dòng)適當(dāng)修改驅(qū)動(dòng)參數(shù)1407。

自動(dòng)優(yōu)化的結(jié)果并不一定是一個(gè)理想的結(jié)果，大部分情況下進(jìn)行手工優(yōu)化。手工優(yōu)化一般是先利用自動(dòng)優(yōu)化的結(jié)果，在原調(diào)節(jié)器比例增益和積分時(shí)間常數(shù)的基礎(chǔ)上，更好地確定調(diào)節(jié)器比例增益和積分時(shí)間常數(shù)。最后還要根據(jù)測(cè)量的結(jié)果設(shè)定各種濾波器控制數(shù)據(jù)，以消除驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的共振點(diǎn)。

1. 速度控制環(huán)手動(dòng)優(yōu)化

速度控制環(huán)優(yōu)化比例增益和積分時(shí)間常數(shù)兩個(gè)數(shù)據(jù)，先確定它的比例增益，再優(yōu)化積分時(shí)間常數(shù)。如果把速度調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)MD1409調(diào)整到500ms，積分環(huán)節(jié)實(shí)際上處于無效狀態(tài)，這時(shí)PI速度調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)化為P調(diào)節(jié)器。為了確定比例增益的初值，可從一個(gè)較小的值開始，逐漸增加比例增益，直到機(jī)床發(fā)生共振，可聽到伺服電機(jī)發(fā)出的嘯叫聲，將這時(shí)的比例增益乘以0.5，作為首次測(cè)量的初值。

參考頻率響應(yīng)是Kp(MD1407)和Tn(MD1409)優(yōu)化的最重要的方法。優(yōu)化后顯示的幅值(db)和相位圖1-6中，表示的是速度實(shí)際值是如何跟隨設(shè)定值的;0db表示實(shí)際速度和設(shè)定速度值是相同的幅值;0相位表明實(shí)際速度跟隨設(shè)定值具有最小的延時(shí)。手動(dòng)優(yōu)化就是大量的、反復(fù)多次調(diào)整Kp(MD1407)和Tn(MD1409)數(shù)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(xiàn)不穩(wěn)定的振蕩情況，必要時(shí)也需要不斷調(diào)整濾波器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

圖6 參考頻率響應(yīng)圖

2. 位置控制環(huán)的優(yōu)化

位置環(huán)優(yōu)化主要是位置調(diào)節(jié)器的優(yōu)化。影響位置調(diào)節(jié)器的主要控制數(shù)據(jù)是它的伺服增益因子，因?yàn)橄到y(tǒng)的跟隨誤差與它有密切關(guān)系。調(diào)整位置調(diào)節(jié)器伺服增益因子的前提條件是速度調(diào)節(jié)器有較高的比例增益，因此速度調(diào)節(jié)器的優(yōu)化是位置調(diào)節(jié)器特性調(diào)整的基礎(chǔ)。

調(diào)整伺服增益因子的目標(biāo)，應(yīng)使系統(tǒng)的跟隨誤差達(dá)到最小。增加伺服增益因子可以減少系統(tǒng)的跟隨誤差，但是伺服增益因子不能調(diào)整得太大，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的超調(diào)，甚至出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。一般情況下，為了獲得較高的輪廓加工精度，應(yīng)盡可能增大伺服增益因子。伺服增益因子在機(jī)床參數(shù)MD3220中設(shè)置。

優(yōu)化位置調(diào)節(jié)器最簡單的方法是觀察它的跟隨特性，當(dāng)伺服增益系數(shù)改變時(shí)，在操作面板可以看到Following error(跟隨誤差)的變化，從中判斷伺服增益因子是否達(dá)到最佳。如圖7所示。

圖7軸服務(wù)畫面

通過對(duì)FANUC和SIEMENS系統(tǒng)速度環(huán)、位置環(huán)的調(diào)試，發(fā)現(xiàn)對(duì)機(jī)床參數(shù)的調(diào)整是一件復(fù)雜而繁瑣的工作，由于參數(shù)之間是相互影響的，需要反復(fù)的調(diào)試確定。參數(shù)優(yōu)化的好壞，決定加工效果。