發(fā)那科系統(tǒng)的伺服調(diào)整

1、發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)的伺服調(diào)整發(fā)那科數(shù)控系統(tǒng)的伺服調(diào)整非常重要，通過對伺服系統(tǒng)的調(diào)整可以使伺服驅(qū)動系統(tǒng)(伺服放大器及伺服電機)工作在最佳狀態(tài)。但在很多的教材或資料中，大多只談及數(shù)控系統(tǒng)的伺服初始化問題，對于伺服調(diào)整大多語焉不詳。其實伺服調(diào)整更重要。本篇擬用通俗易懂的語言對伺服調(diào)整中的重點問題作一下講解，希望能對大家有所幫助。 所謂伺服，來自英文servo的直譯，可簡單地理解為驅(qū)動。所謂伺服調(diào)整，即通過調(diào)整與伺服系統(tǒng)相關(guān)的參數(shù)，使伺服放大器和伺服電機達到最佳工作狀態(tài)，亦可稱為伺服優(yōu)化。伺服參數(shù)的設(shè)定分為固定值和可變值兩類。在做伺服參數(shù)初始化時，固定值的參數(shù)便可以確定，可變值的參數(shù)要在伺服調(diào)整時確定。數(shù)

2、控系統(tǒng)的伺服控制大多采用三環(huán)控制，分別是位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。位置環(huán)的作用：接收數(shù)控單元（NC）的移動指令脈沖（Mcmd）與位置反饋脈沖比較運算，準確控制機床定位。速度環(huán)的作用：接收位置環(huán)傳入的速度指令(Vcmd), 進行加減控制，抑制振蕩。電流環(huán)的作用：通過轉(zhuǎn)矩指令(Tcmd)，并根據(jù)實際負載的電流反饋狀態(tài)對放大器實施脈寬調(diào)制（PWM），輸出扭矩隨負載扭矩的變化而作出相應變化。輸出扭矩隨負載扭矩的變大而變大，隨負載扭矩的變小而變小。 Kt/(Jm.s)Mcmd Vcmd TcmdPK1V/SKPNCPK2V講述了三環(huán)原理后，我們應記住這樣一個結(jié)論：速度環(huán)和粗糙度有關(guān)，位置環(huán)和輪廓形狀有關(guān)。

3、也有人習慣稱粗糙度為光潔度。也就是說如果調(diào)試或加工過程中出現(xiàn)粗糙度不良問題時，若從伺服控制的角度來調(diào)整，則應對速度環(huán)的參數(shù)進行調(diào)整。如果出現(xiàn)輪廓形狀誤差變大，應重點調(diào)整位置環(huán)。在速度環(huán)中最關(guān)鍵的參數(shù)為負載慣量比。負載慣量比在發(fā)那科0系統(tǒng)中對應的參數(shù)是8X21， 18i 16i 0i系統(tǒng)中對應的參數(shù)是2021。在伺服調(diào)整畫面中，負載慣量比是以速度增益（VELOC GAIN）形式出現(xiàn)的。速度環(huán)的增益與負載慣量比的關(guān)系如下設(shè)定值=（負載慣量比+256）100/256無負載時，負載慣量比為0，所以速度增益為100。負載與電機慣量相同時，負載慣量設(shè)為256，這種狀態(tài)稱為慣量匹配，此時速度增益為200。速

4、度增益是一個非常重要的參數(shù)，值應該盡量高一些，一般設(shè)為200。通過增大速度增益，可以提高伺服剛性和伺服響應性，解決振動和粗糙度不良等問題，但是值設(shè)得太大會引起振動。位置環(huán)和輪廓形狀精度有關(guān)，在實際中通過加工一個圓來修正形狀輪廓誤差。伺服調(diào)整軟件Servo Guide通過測圓來修正形狀輪廓誤差。在位置環(huán)中調(diào)整形狀輪廓誤差時，涉及到對前饋、伺服增益、加減速時間常數(shù)、背隙（反向間隙）加速功能的調(diào)整。 前饋的調(diào)整 從數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令到伺服系統(tǒng)驅(qū)動電機運動，在這個過程中會有一個滯后。伺服系統(tǒng)的滯后產(chǎn)生形狀誤差，圓弧切削時的實際機械位置與程序指令存在差異。前饋的功能就是減小形狀誤差。通俗地講是讓電機先于指

5、令動起來，讓電機有一個提前運動量，以克服伺服系統(tǒng)的滯后。前饋功能有效：發(fā)那科0系統(tǒng)中對應參數(shù)8X05#1(第一位)設(shè)為116i 18i 0i系統(tǒng)中對應參數(shù)2005#1（第一位）設(shè)為1前饋的調(diào)整主要是調(diào)整前饋參數(shù)（FALPH）:發(fā)那科0系統(tǒng)中前饋系數(shù)對應的參數(shù)是8X68， 16i 18i 0i系統(tǒng)中對應的參數(shù)是2068,取值的范圍9000-10000。AIAPC、AICC加工中對應參數(shù)2092。每次調(diào)整值以200遞增。各軸插補后切削進給的加減速時間常數(shù)的調(diào)整 如果值取的小，軸啟動時加速度會出現(xiàn)急劇變化，容易出現(xiàn)沖擊。取值范圍一般從24開始設(shè)定，單位是ms，每次以8個單位遞加，如32 ，40等。普

6、通加工情況下，發(fā)那科0系統(tǒng)中調(diào)整參數(shù)0635，在16i 18i 0i系統(tǒng)中調(diào)整參數(shù)1622，16i 18i 0i系統(tǒng)的AICC AIAPC中調(diào)整參數(shù)1768。各軸的伺服環(huán)增益的調(diào)整 在伺服調(diào)整畫面中顯示為LOOP GAIN，單位為0.01s1（秒分之一），其本質(zhì)是響應時間。如果值為3000，換算成時間是30000.01s-1=30s-1 1/30s10.033s=33ms取值范圍3000-5000。環(huán)路增益越大，則位置控制的響應越快，形狀誤差變小。但如果太大，系統(tǒng)將不穩(wěn)定，產(chǎn)生振動。發(fā)那科0系統(tǒng)中對應參數(shù)為517，16i 18i 0i參數(shù)為1825，此參數(shù)非常重要。反向間隙加速功能的調(diào)整 在機

7、械系統(tǒng)中，如果反向間隙及摩擦很大，就會造成電機反向時產(chǎn)生滯后，在圓弧切削時產(chǎn)生象限突起，即加工圓時在0、90、180、270四處產(chǎn)生突起。相關(guān)參數(shù)如下：反向間隙加速功能有效：發(fā)那科0系統(tǒng)參數(shù)8X03的#3（第3位）設(shè)為1系統(tǒng)16i 18i 0i參數(shù)2003的 #3（第3位）設(shè)為1反向間隙加速量：發(fā)那科0系統(tǒng)參數(shù)8X48 系統(tǒng)16i 18i 0i參數(shù)2048 設(shè)定值范圍50-400，一般設(shè)為100反向間隙加速時間：發(fā)那科0系統(tǒng)8X71 系統(tǒng)16i 18i 0i系統(tǒng)參數(shù)2071一般設(shè)為20在伺服調(diào)整中，除了上述對形狀輪廓誤差的調(diào)整外，另一個重要的應用是對機械振動的抑制。這要根據(jù)系統(tǒng)是全閉環(huán)還是半閉

8、環(huán)而分別處理。簡言之，半閉環(huán)是指位置檢測信號來自伺服電機的編碼器，而全閉環(huán)的位置檢測信號是來自光柵尺或磁尺。系統(tǒng)半閉環(huán)時振動的抑制方法第一種方法是調(diào)整250s加速度功能 加速度反饋功能是用軟件對電動機的速度反饋信號微分而得到加速度，再將該值乘以加速度反饋增益（增益即放大倍數(shù)）以補償轉(zhuǎn)矩指令的功能，用它來抑制速度環(huán)的振蕩。其實是將機械負載作一個估算，將估算值加到反饋中。適用如下情況：1電動機與機械負載彈性連接2機械慣量比電動機慣量大 250m加速度反饋增益對應參數(shù)發(fā)那科0系統(tǒng)對應參數(shù)8X66 16i 18i 0i對應參數(shù)為2066。設(shè)定值1至20，參數(shù)值為負值。第二種方法使用HRV濾波器 使用H

9、RV濾波器可以抑制某種頻域的振動，現(xiàn)在基本都采用這種方法。發(fā)那科i系列伺服控制器采用HRV1-HRV4高響應矢量控制技術(shù)，提高了伺服控制的剛性和跟蹤精度，適合高精度輪廓加工。HRV對應的英文High Response Vector，譯作高響應矢量，目的是對交流電機矢量控制從硬件和軟件方面進行優(yōu)化，以實現(xiàn)機床加工的高速和高精度， HRV1 HRV2 HRV3 HRV4電流環(huán)響應速度依次越來越快。HRV濾波器中涉及帶寬、阻尼值、中心頻率三個相關(guān)參數(shù)。 中心頻率是指產(chǎn)生振動時的頻率的中心部分，對應發(fā)那科16i 18i 0i對應參數(shù)2113，0系統(tǒng)沒有對應參數(shù)。帶寬是指振動時頻率的范圍，常設(shè)為20。振

10、動的中心頻率和帶寬是我們必須要通過某種手段檢測出來，例如可以用Servo Guide軟件或頻率計等。阻尼值是指對振動幅度抑制的程度，發(fā)那科系統(tǒng)16i 18i 0i對應參數(shù)2359，阻尼值常設(shè)為5或10。取值越小，抑制幅度大。系統(tǒng)全閉環(huán)時振動抑制方法 當電動機與機床之間的扭矩變化和間隙等較大時，如蝸輪蝸桿傳動中機床速度與電動機速度在加減速時將會產(chǎn)生很大的差異。此時采用機械速度反饋功能，提前估算機床的速度加入到速度控制中，以穩(wěn)定整個位置環(huán)的功能。 相關(guān)參數(shù)如下： 機械速度反饋功能有效信號（MSFE） 發(fā)那科0系統(tǒng)8X12的#1（第1位）設(shè)為1, 功能有效。 16i 18i 0i系統(tǒng)2012#1（第

11、1位）設(shè)為1，功能有效。 機械速度反饋增益（MCNFB） 發(fā)那科 0系統(tǒng)參數(shù)8X88 16i 18i 0i系統(tǒng)參數(shù)2088 機械速度反饋增益的設(shè)定方法： （） 0系統(tǒng)的機械速度反饋增益（MCNFB）設(shè)定 MCNFB= 40968192 由位置檢測器輸出的電動機的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) 取值范圍0.3-1.0 所謂位置檢測器輸出的電動機每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，是指電機旋轉(zhuǎn)一圈由光柵欄尺或磁尺發(fā)出的脈沖數(shù)。（）系統(tǒng)16i 18i 0i的機械速度反饋增益的設(shè)定 當參數(shù)2012#1=1時機械速度反饋有效。當參數(shù)2017#7=1時，使用速度環(huán)比例項高速處理功能時，參數(shù)2088設(shè)為正值。當參數(shù)2017#7=0時，2088中設(shè)為負

12、值。 當柔性齒輪比N/M(對應參數(shù)2084/2085)為1時， 2017#7=1時，參數(shù)2088取值30-100， 2017#7=0時，參數(shù)2088取值30-100。 當柔性齒輪比N/M (對應參數(shù)2084/2085)不為1時， 2017#7=1時，參數(shù)2088取值3000-10000 2017#7=0時，參數(shù)2088取值3000-10000 注：速度環(huán)中有積分項，PK1V/S，對應參數(shù)2043，伺服畫面中為INT.GAIN；有比例項PK2V對應參數(shù)2044，伺服畫面中為PROP.GAIN 。速度環(huán)比例項高速處理功能是將速度環(huán)的比例項移到電流環(huán)中，相當于提高了響應速度，即提高了速度環(huán)的指令跟蹤性，降低了干擾轉(zhuǎn)矩的影響，提高了伺服剛性。 注：發(fā)那科0系統(tǒng)中X值為1、2、3、4時，分別對應第1軸、第2軸、第3軸、第4軸。 注：AICC即Ai Contour Con