安川电机安川电机( (中国中国) )有限公司有限公司 1 本章将学习伺服驱动系统本章将学习伺服驱动系统 的免调的免调整功能、高级自动整功能、高级自动 调谐功能和单参数调谐调谐功能和单参数调谐。 4.14.1 什么什么是是调整调整 4.2 4.2 调整练习调整练习 4.2.1 4.2.1 调试实习的准备调试实习的准备 4.2.2 4.2.2 推算推算惯性惯性转矩转矩 4.2.3 4.2.3 机械分析机械分析 4.2.4 4.2.4 追踪设定追踪设定 4.2.5 4.2.5 高级高级自动调谐自动调谐 4.2.6 4.2.6 指令指令输入型高级自动调谐输入型高级自动调谐 4.2.7 4.2.7 单单参数参数调谐调谐 4.3 4.3 伺服的响应性确定实习伺服的响应性确定实习 4.3.1 4.3.1 环增益的特性环增益的特性 4.3.2 4.3.2 各增益的关系各增益的关系 4 4 伺服系统调整实践伺服系统调整实践 安川电机安川电机( (中国中国) )有限公司有限公司 2 调整（调谐）是优化伺服单元响应性的功能。响应性取决于伺调整（调谐）是优化伺服单元响应性的功能。响应性取决于伺 服单元中设定的伺服增益。服单元中设定的伺服增益。 一般情况下，刚性高的机械可通过提高伺服增益来提高响应性。一般情况下，刚性高的机械可通过提高伺服增益来提高响应性。 但对于刚性低的机械，当提高伺服增益时，可能引起振动，从但对于刚性低的机械，当提高伺服增益时，可能引起振动，从 而无法提高响应性。而无法提高响应性。 伺服增益通过多个参数的组合进行设定，彼此之间相互影响。伺服增益通过多个参数的组合进行设定，彼此之间相互影响。 本章我们将实践练习如何设定各参数，并保持设定值之间本章我们将实践练习如何设定各参数，并保持设定值之间的平的平 衡。衡。 4.1 什么是调整什么是调整 安川电机安川电机( (中国中国) )有限公司有限公司 3 4.1.1 增益相关参数增益相关参数 电流环电流环 电流反馈电流反馈 速度速度环环 电流电流 控制控制部部 速度速度反馈反馈 位置位置反馈反馈 位置位置环环 T Ti i K Kv v, J, J T Tf f, , N Nt t K Kp p 编码器编码器 电机电机 机床机床 Pn100Pn100：速度：速度环增益环增益 Pn103Pn103：惯性转矩惯性转矩比比 Pn401Pn401：转矩转矩指令指令滤波器时间常数滤波器时间常数 Pn409Pn409：陷波陷波指令指令滤波器频率滤波器频率 Pn101Pn101：速度：速度环积分时间常数环积分时间常数 Pn102Pn102：位置：位置环增益环增益 安川电机安川电机( (中国中国) )有限公司有限公司 4 4.1.2 - -伺服伺服基本基本调整步骤调整步骤 免调整免调整 出厂设定值出厂设定值。与机械类型和负载无关，保持与机械类型和负载无关，保持 稳定的响应性稳定的响应性。 整定时间：整定时间：100100 - - 150150msms。 高级自动调谐高级自动调谐 在机床自动运转中，接收伺服单元在机床自动运转中，接收伺服单元内部内部或或 上位装置上位装置的的指令指令，自动设定各参数，自动设定各参数。 自动设定的参数包括模型追踪控制增益自动设定的参数包括模型追踪控制增益。 整定时间：约整定时间：约1010msms。 在运转机床并追踪数据的同时，手动调整在运转机床并追踪数据的同时，手动调整2 2个个 参数，从而获得最稳定的响应性。参数，从而获得最稳定的响应性。 整定整定时间：时间：0 0 - - 4 4msms。 单参数调谐单参数调谐 安川电机安川电机( (中国中国) )有限公司有限公司 5 4.1.3 伺服调整功能的调整对象伺服调整功能的调整对象 免调整免调整 位置位置、速度速度增益增益 惯性转矩惯性转矩比比 摩擦补偿摩擦补偿 自动陷波滤波器自动陷波滤波器 * *) ) A A型抑振控制型抑振控制* *) ) 振动控制振动控制* *) ) 转矩转矩指令指令滤波器滤波器 模型追踪控制模型追踪控制 AATAAT 指令指令输入输入 AATAAT 单参数单参数 调谐调谐 免调整免调整 *)*)检测出振动时使用检测出振动时使用 安川电机安川电机( (中国中国) )有限公司有限公司 6 4.1.4 模型追踪控制和摩擦补偿模型追踪控制和摩擦补偿 模型追踪控制：模型追踪控制：在位置控制模式下，通过调整前馈，缩短整在位置控制模式下，通过调整前馈，缩短整 定时间定时间。 控制结构图控制结构图（示意示意） 工作台工作台 位置指令位置指令 电机电机 模型追踪控制模型追踪控制 （前馈前馈） 位置、速度位置、速度控制控制 （反馈反馈） 摩擦摩擦补偿功能补偿功能 摩擦摩擦补偿功能补偿功能：由于机床运动部存在不断变化的摩擦，从而由于机床运动部存在不断变化的摩擦，从而 影响系统的响应。通过补偿这部分可变摩擦带来的影响，使影响系统的响应。通过补偿这部分可变摩擦带来的影响，使 系统获得安定的响应性。吸收机床的差异，达到稳定的定位系统获得安定的响应性。吸收机床的差异，达到稳定的定位 时间。时间。 安川电机安川电机( (中国中国) )有限公司有限公司 7 4.1.54.1.5 振动对策振动对策 自动检测振动频率，自动应用振动对策功能，快速便捷地达自动检测振动频率，自动应用振动对策功能，快速便捷地达 到抑振效果到抑振效果。 陷波滤波器陷波滤波器 可检测并抑制数百可检测并抑制数百HzHz以上的振动频率，并自动抑振以上的振动频率，并自动抑振。（可自动调整可自动调整） A A型型抑振控制抑振控制 可检测并抑振可检测并抑振数百数百至至1kHz1kHz的振动频率，并自动抑振。的振动频率，并自动抑振。（可自动调整可自动调整） 抑振抑振（带抑振功能的模型追踪控制带抑振功能的模型追踪控制） 可检测并抑制数可检测并抑制数HzHz的低频。的低频。（可自动调整可自动调整） 安川电机安川电机( (中国中国) )有限公司有限公司 8 运动控制培训课程运动控制培训课程 8 T T 4 4 K K 22 4 4 Ti Ti M M V V 速度速度环增益环增益K KV V (Hz)(Hz)和和速度速度环积分时间常数环积分时间常数T Ti i (s)(s)的关系的关系 4.1.6 4.1.6 调整单项增益时的注意事项调整单项增益时的注意事项（参考）（参考） 速度速度环增益环增益K KV V ( (HzHz) )和和位置位置环增益环增益K KP P ( (s s- -1 1) ) 的关系的关系 1.571.57 4 4 22 K K K K V V P P 移项后得到，移项后得到， 4 4 KvKv2 2 KpKp 如果如果的关系式中有任何一项未成立，则系统会发生振动的关系式中有任何一项未成立，则系统会发生振动。 4 4 T T T T M M i i （在实际应用中可减小至在实际应用中可减小至2.32.3） 移项后得到，移项后得到， 注）注）T TM M是一阶时滞的机械时间常数是一阶时滞的机械时间常数 速度速度环增益和转矩环增益和转矩指令指令滤波器时间常数滤波器时间常数（T Tf f）的关系的关系 )100Pn(2 1 4 1 ) Kv2 1 ( 4 1 Tf 注）注）转矩指令滤波器是设置在转矩指令中的滤波器，用于抑制伺服单元造成的振动转矩指令滤波器是设置在转矩指令中的滤波器，用于抑制伺服单元造成的振动。 安川电机安川电机( (中国中国) )有限公司有限公司 9 4.24.2 调整练习调整练习 4.2.14.2.1 调试实习的准备调试实习的准备 4.2.24.2.2 推算转动惯量推算转动惯量 4.2.3 4.2.3 机械分析机械分析 4.2.44.2.4 追踪设定追踪设定 4.2.54.2.5 高级自动调谐高级自动调谐 4.2.64.2.6指令指令输入输入型型高级自动调谐高级自动调谐 4.2.7 4.2.7 单参数调谐单参数调谐 安川电机安川电机( (中国中国) )有限公司有限公司 10 4.2.1 调试实习的准备调试实习的准备 步骤步骤 目的：操作实习机目的：操作实习机，确认伺服响应确认伺服响应。 准备工作：准备工作： 1) 将免调整功能设置为无效将免调整功能设置为无效。（出厂默认值为（出厂默认值为有効有効。）。） 将免调整功能选择参数将免调整功能选择参数Pn170.0从“从“1”（有效）变更为“（有效）变更为“0”（无效），然后重新接通电源。（无效），然后重新接通电源。 2) 设定惯性转矩设定惯性转矩比。比。 要达到要达到Pn100（速度环增益）中设定的响应能力，就必须能输出与要求增益相应的（速度环增益）中设定的响应能力，就必须能输出与要求增益相应的加速度加速度，即，即 能输出与要求加速度相应的转矩能输出与要求加速度相应的转矩。 进一步，进一步，由于转矩由于转矩 惯性转矩惯性转矩角加速度角加速度，要输出符合要求的转矩，就必须设定正确的负载，要输出符合要求的转矩，就必须设定正确的负载 惯性转矩惯性转矩。 可以利用可以利用SigmaWin+提供的功能菜单“测算惯性转矩比（负载惯性转矩比提供的功能菜单“测算惯性转矩比（负载惯性转矩比 / 电机转子的惯性转电机转子的惯性转 矩）（矩）（%）”，）”，将测算所得数值设定至惯性转矩将测算所得数值设定至惯性转矩比比Pn103（出厂值为出厂值为100%）。）。 3) 设置实时监测条件设置实时监测条件。 可以利用可以利用SigmaWin+提供的功能菜单“提供的功能菜单“Trace”，绘制伺服应答图，绘制伺服应答图。 在绘图前，需要先设置下列条件：在绘图前，需要先设置下列条件： 采样时间采样时间 追踪数据追踪数据（最大可设置最大可设置3个个） 触发器触发器 预触发器预触发器 安川电机安川电机( (中国中国) )有限公司有限公司 11 首先，从调整菜单设定免调整功能为无效，并重启电源首先，从调整菜单设定免调整功能为无效，并重启电源。 画面显示从调整窗口切换至测算惯性转矩窗口画面显示从调整窗口切换至测算惯性转矩窗口。 1）将免调整功能设置为无效的操作步骤）将免调整功能设置为无效的操作步骤 单击“单击“Execute” 。 将免调整功能将免调整功能 设置为无效，然设置为无效，然 后单击“后单击“OK”。 单击“单击“OK”，并，并 重启电源。重启电源。 单击“单击“Tuning”。 单击窗口单击窗口的的 “Execute”按钮，将按钮，将 显示测算惯性转矩的显示测算惯性转矩的 窗口窗口。 再次点击菜单项再次点击菜单项 “Tuning”。 4.2.1 实践准备实践准备 安川电机安川电机( (中国中国) )有限公司有限公司 12 单击“单击“Execute” 。 执行测算惯性转矩的功能，系统可快速计算出作用在电机轴的负载惯性转矩。执行测算惯性转矩的功能，系统可快速计算出作用在电机轴的负载惯性转矩。 2）设定惯性转矩）设定惯性转矩比比的步骤的步骤1 显示条件设定窗口显示