數(shù)控系統(tǒng)伺服驅(qū)動優(yōu)化方法
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SIEMENS810/840D系統(tǒng)具有自動優(yōu)化功能，由驅(qū)動系統(tǒng)在負載狀態(tài)下自動測試和分析調(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間常數(shù)。如果自動優(yōu)化的結(jié)果不夠理想，達不到機床最佳控制效果，在此基礎(chǔ)上需要進行手工優(yōu)化。
首先就SIEMENS810/840D自動優(yōu)化的具體步驟做一詳細介紹。
在優(yōu)化之前要使機床在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自動優(yōu)化畫面
SIEMENS840D中PCU50軸優(yōu)化具體步驟：
1. 菜單→啟動→驅(qū)動/伺服軸→擴展→自動控制設(shè)置
2. 在自動控制設(shè)置窗口：設(shè)置好不帶PLC，上限、下限。
3. 按右側(cè)垂直菜單的啟動鍵，此時顯示“開始機械系統(tǒng)測量部分1” →確認
4. 按“程序啟動鍵”，電機正轉(zhuǎn)。然后顯示“開始機械系統(tǒng)測量部分2” →“確認”
5. 再次按“程序啟動鍵”，電機反轉(zhuǎn)。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(shù)據(jù)開始計算” →“確認”
7. 窗口顯示：
保存驅(qū)動的引導(dǎo)文件 | 參數(shù)號 | 原值 | 新值 |
NUM_CURRENT_FILTERS | 1200 | 4 | 1 |
CURRENT_FILTER_CONFIG | 1201 | EH | 0H |
CURRENT_FILTER_2_SUPPR_FREQ | 1213 | 1266 | 3500 |
CURRENT_FILTER_2_BANDWIDTH | 1214 | 633 | 500 |
CURRENT_FILTER_3_SUPPR_FREQ | 1216 | 774 | 3500 |
CURRENT_FILTER_3_ BANDWIDTH | 1217 | 387 | 500 |
CURRENT_FILTER_4_SUPPR_FREQ | 1219 | 1077 | 3500 |
CURRENT_FILTER_4_ BANDWIDTH | 1220 | 538 | 500 |
SPEEDCTRL_GAIN_1 | 1407 | 150 | 2454 |
SPEEDCTRL_INTEGRATOR_TIME_1 | 1409 | 40 | 44 |
8. 按右側(cè)垂直菜單的“保存”鍵，然后顯示“開始測量速度控制回路” →“確認”
9. 再次按“程序啟動鍵”。手動適當修改驅(qū)動參數(shù)1407。
自動優(yōu)化的結(jié)果并不一定是一個理想的結(jié)果，大部分情況下進行手工優(yōu)化。手工優(yōu)化一般是先利用自動優(yōu)化的結(jié)果，在原調(diào)節(jié)器比例增益和積分時間常數(shù)的基礎(chǔ)上，更好地確定調(diào)節(jié)器比例增益和積分時間常數(shù)。最后還要根據(jù)測量的結(jié)果設(shè)定各種濾波器控制數(shù)據(jù)，以消除驅(qū)動系統(tǒng)的共振點。
1. 速度控制環(huán)手動優(yōu)化
速度控制環(huán)優(yōu)化比例增益和積分時間常數(shù)兩個數(shù)據(jù)，先確定它的比例增益，再優(yōu)化積分時間常數(shù)。如果把速度調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)MD1409調(diào)整到500ms，積分環(huán)節(jié)實際上處于無效狀態(tài)，這時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，可從一個較小的值開始，逐漸增加比例增益，直到機床發(fā)生共振，可聽到伺服電機發(fā)出的嘯叫聲，將這時的比例增益乘以0.5，作為首次測量的初值。
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，表示的是速度實際值是如何跟隨設(shè)定值的;0db表示實際速度和設(shè)定速度值是相同的幅值;0相位表明實際速度跟隨設(shè)定值具有最小的延時。手動優(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，必要時也需要不斷調(diào)整濾波器參數(shù)進行優(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，因為系統(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，應(yīng)使系統(tǒng)的跟隨誤差達到最小。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，當伺服增益系數(shù)改變時，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到最佳。如圖7所示。
圖7軸服務(wù)畫面
通過對FANUC和SIEMENS系統(tǒng)速度環(huán)、位置環(huán)的調(diào)試，發(fā)現(xiàn)對機床參數(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。
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