发那科数控系统的伺服调整

来源:网络  作者:六叉零   2020-04-19 阅读:88

发那科数控系统的伺服调整

发那科数控系统的伺服调整非常重要,通过对伺服系统的调整可以使伺服驱动系统(伺服放大器及伺服电机)工作在最佳状态。但在很多的教材或资料中,大多只谈及数控系统的伺服初始化问题,对于伺服调整大多语焉不详。其实伺服调整更重要。本篇拟用通俗易懂的语言对伺服调整中的重点问题作一下讲解,希望能对大家有所帮助。

  所谓伺服,来自英文servo的直译,可简单地理解为驱动。所谓伺服调整,即通过调整与伺服系统相关的参数,使伺服放大器和伺服电机达到最佳工作状态,亦可称为伺服优化。伺服参数的设定分为固定值和可变值两类。在做伺服参数初始化时,固定值的参数便可以确定,可变值的参数要在伺服调整时确定。

数控系统的伺服控制大多采用三环控制,分别是位置环、速度环、电流环。

位置环的作用:接收数控单元(NC)的移动指令脉冲(Mcmd)与位置反馈脉冲比较运算,准确控制机床定位。

速度环的作用:接收位置环传入的速度指令(Vcmd), 进行加减控制,抑制振荡。

电流环的作用:通过转矩指令(Tcmd),并根据实际负载的电流反馈状态对放大器实施脉宽调制(PWM),输出扭矩随负载扭矩的变化而作出相应变化。输出扭矩随负载扭矩的变大而变大,随负载扭矩的变小而变小。                                              


  Kt/(Jm.s) 

Mcmd              Vcmd             Tcmd


 

 

 

 


讲述了三环原理后,我们应记住这样一个结论:速度环和粗糙度有关,位置环和轮廓形状有关。也有人习惯称粗糙度为光洁度。也就是说如果调试或加工过程中出现粗糙度不良问题时,若从伺服控制的角度来调整,则应对速度环的参数进行调整。如果出现轮廓形状误差变大,应重点调整位置环。

在速度环中最关键的参数为负载惯量比。负载惯量比在发那科0系统中对应的参数是8X21 18i 16i 0i系统中对应的参数是2021。在伺服调整画面中,负载惯量比是以速度增益(VELOC GAIN)形式出现的。

速度环的增益与负载惯量比的关系如下

设定值=(负载惯量比+256)×100/256

无负载时,负载惯量比为0,所以速度增益为100。

负载与电机惯量相同时,负载惯量设为256,这种状态称为惯量匹配,此时速度增益为200。

速度增益是一个非常重要的参数,值应该尽量高一些,一般设为200。通过增大速度增益,可以提高伺服刚性和伺服响应性,解决振动和粗糙度不良等问题,但是值设得太大会引起振动。

位置环和轮廓形状精度有关,在实际中通过加工一个圆来修正形状轮廓误差。伺服调整软件Servo Guide通过测圆来修正形状轮廓误差。在位置环中调整形状轮廓误差时,涉及到对前馈、伺服增益、加减速时间常数、背隙(反向间隙)加速功能的调整。                                                                                             

㈠前馈的调整 从数控系统发出指令到伺服系统驱动电机运动,在这个过程中会有一个滞后。伺服系统的滞后产生形状误差,圆弧切削时的实际机械位置与程序指令存在差异。前馈的功能就是减小形状误差。通俗地讲是让电机先于指令动起来,让电机有一个提前运动量,以克服伺服系统的滞后。

前馈功能有效:

发那科0系统中对应参数8X05#1(第一位)设为1

16i 18i 0i系统中对应参数2005#1(第一位)设为1

前馈的调整主要是调整前馈参数(FALPH):

发那科0系统中前馈系数对应的参数是8X68, 16i 18i 0i系统中对应的参数是2068,取值的范围9000-10000。AIAPC、AICC加工中对应参数2092。每次调整值以200递增。

㈡各轴插补后切削进给的加减速时间常数的调整 如果值取的小,轴启动时加速度会出现急剧变化,容易出现冲击。取值范围一般从24开始设定,单位是ms,每次以8个单位递加,如32 ,40等。普通加工情况下,发那科0系统中调整参数0635,在16i 18i 0i系统中调整参数1622,16i 18i 0i系统的AICC AIAPC中调整参数1768。

㈢各轴的伺服环增益的调整 在伺服调整画面中显示为LOOP GAIN,单位为0.01s﹣1(秒分之一),其本质是响应时间。如果值为3000,换算成时间是3000×0.01s-1=30s-1

1/30s﹣1=0.033s=33ms

取值范围3000-5000。环路增益越大,则位置控制的响应越快,形状误差变小。但如果太大,系统将不稳定,产生振动。发那科0系统中对应参数为517,16i 18i 0i参数为1825,此参数非常重要。

㈣反向间隙加速功能的调整 在机械系统中,如果反向间隙及摩擦很大,就会造成电机反向时产生滞后,在圆弧切削时产生象限突起,即加工圆时在0°、90°、180°、270°四处产生突起。

相关参数如下:

①反向间隙加速功能有效:

发那科0系统参数8X03的#3(第3位)设为1

系统16i 18i 0i参数2003的 #3(第3位)设为1

②反向间隙加速量:

发那科0系统参数8X48  系统16i 18i 0i参数2048

设定值范围50-400,一般设为100

③反向间隙加速时间:

发那科0系统8X71  系统16i 18i 0i系统参数2071

一般设为20

在伺服调整中,除了上述对形状轮廓误差的调整外,另一个重要的应用是对机械振动的抑制。这要根据系统是全闭环还是半闭环而分别处理。简言之,半闭环是指位置检测信号来自伺服电机的编码器,而全闭环的位置检测信号是来自光栅尺或磁尺。

㈠系统半闭环时振动的抑制方法

①第一种方法是调整250μs加速度功能  加速度反馈功能是用软件对电动机的速度反馈信号微分而得到加速度,再将该值乘以加速度反馈增益(增益即放大倍数)以补偿转矩指令的功能,用它来抑制速度环的振荡。其实是将机械负载作一个估算,将估算值加到反馈中。适用如下情况:

1电动机与机械负载弹性连接

2机械惯量比电动机惯量大            

250µm加速度反馈增益对应参数

发那科0系统对应参数8X66  16i 18i 0i对应参数为2066。

设定值﹣1至﹣20,参数值为负值。

②第二种方法使用HRV滤波器 使用HRV滤波器可以抑制某种频域的振动,现在基本都采用这种方法。发那科αi系列伺服控制器采用HRV1-HRV4高响应矢量控制技术,提高了伺服控制的刚性和跟踪精度,适合高精度轮廓加工。HRV对应的英文High Response Vector,译作高响应矢量,目的是对交流电机矢量控制从硬件和软件方面进行优化,以实现机床加工的高速和高精度, HRV1 HRV2 HRV3 HRV4电流环响应速度依次越来越快。

HRV滤波器中涉及带宽、阻尼值、中心频率三个相关参数。  中心频率是指产生振动时的频率的中心部分,对应发那科16i 18i 0i对应参数2113,0系统没有对应参数。带宽是指振动时频率的范围,常设为20。振动的中心频率和带宽是我们必须要通过某种手段检测出来,例如可以用Servo Guide软件或频率计等。阻尼值是指对振动幅度抑制的程度,发那科系统16i 18i 0i对应参数2359,阻尼值常设为5﹪或10﹪。取值越小,抑制幅度大。

㈡系统全闭环时振动抑制方法

      当电动机与机床之间的扭矩变化和间隙等较大时,如蜗轮蜗杆传动中机床速度与电动机速度在加减速时将会产生很大的差异。此时采用机械速度反馈功能,提前估算机床的速度加入到速度控制中,以稳定整个位置环的功能。

  相关参数如下:

① 机械速度反馈功能有效信号(MSFE)

       发那科0系统8X12的#1(第1位)设为1, 功能有效。

       16i 18i 0i系统2012#1(第1位)设为1,功能有效。  

② 机械速度反馈增益(MCNFB)

         发那科 0系统参数8X88  16i 18i 0i系统参数2088

         机械速度反馈增益的设定方法:

        (Ⅰ) 0系统的机械速度反馈增益(MCNFB)设定

         MCNFB= α×4096×8192

               由位置检测器输出的电动机的每转脉冲数

         α取值范围0.3-1.0

          所谓位置检测器输出的电动机每转脉冲数,是指电机旋转一圈由光栅栏尺或磁尺发出的脉冲数。

(Ⅱ)系统16i 18i 0i的机械速度反馈增益的设定

    当参数2012#1=1时机械速度反馈有效。

当参数2017#7=1时,使用速度环比例项高速处理功能时,参数2088设为正值。

当参数2017#7=0时,2088中设为负值。

     当柔性齿轮比N/M(对应参数2084/2085)为1时, 2017#7=1时,参数2088取值30-100,

                2017#7=0时,参数2088取值﹣30-﹣100。

             当柔性齿轮比N/M (对应参数2084/2085)不为1时,

                2017#7=1时,参数2088取值3000-10000

                2017#7=0时,参数2088取值﹣3000-﹣10000

    注:速度环中有积分项,PK1V/S,对应参数2043,伺服画面中为INT.GAIN;有比例项PK2V对应参数2044,伺服画面中为PROP.GAIN 。速度环比例项高速处理功能是将速度环的比例项移到电流环中,相当于提高了响应速度,即提高了速度环的指令跟踪性,降低了干扰转矩的影响,提高了伺服刚性。

    注:发那科0系统中X值为1、2、3、4时,分别对应第1轴、第2轴、第3轴、第4轴。

     注:AICC即Ai Contour Control,译为精密轮廓控制。在加工程序中用G5.1 Q1作为AICC控制的开始,用G5.1 Q0结束,中间的程序采用AICC方式控制。

AIAPC即Ai Advanced Preview Control,译作精细加工。在加工程序中用G08P1控制开始,用G08P0结束,中间的程序采用AIAPC方式控制。AICC、AIAPC等是发那科为了提高轮廓和曲面的加工质量而采用的一些新的控制方法。


标签: 发那科 伺服
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