OmronSysmac伺服調(diào)試簡(jiǎn)潔版課件

1、伺服調(diào)試說(shuō)明歐姆龍自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化中心Sysmac 應(yīng)用課1主要內(nèi)容：1、伺服控制環(huán)的介紹2、伺服參數(shù)的調(diào)試方法及原則3、伺服調(diào)試：自動(dòng)調(diào)整4、伺服調(diào)試：手動(dòng)調(diào)整5、伺服調(diào)試中的問(wèn)題解決伺服控制環(huán)的介紹控制環(huán)的復(fù)習(xí)Servo的3個(gè)控制環(huán)在Servo Driver內(nèi)部、進(jìn)行著個(gè)反饋控制（PID控制）。由位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制這個(gè)控制、最終控制輸出到Motor的電流、自由自在地控制住Motor。Analog轉(zhuǎn)矩輸入Analog速度輸入FF控制位置控制環(huán)速度控制環(huán)轉(zhuǎn)矩控制環(huán)控制Motor的旋轉(zhuǎn)量（位置）控制Motor的速度控制Motor的轉(zhuǎn)矩控制環(huán)的復(fù)習(xí)位置控制環(huán)位置控制環(huán)、是為了

2、Servo能精度很好地完成定位而進(jìn)行的控制。其處在中心的偏差計(jì)數(shù)器、從目標(biāo)位置和當(dāng)前位置上計(jì)算出Motor應(yīng)該旋轉(zhuǎn)的速度。在偏差計(jì)數(shù)器里、每循環(huán)時(shí)間 中都在計(jì)算下述2個(gè)值的差、最終如下面的式子所示那樣對(duì)速度進(jìn)行計(jì)算。指令脈沖量由偏差計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)目標(biāo)位置反饋脈沖量 由偏差計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)當(dāng)前位置目標(biāo)位置和當(dāng)前位置的偏差量必然是偏差計(jì)數(shù)器中保留的量。偏差計(jì)數(shù)器值速度目標(biāo)位置當(dāng)前位置（循環(huán)時(shí)間 ）位置控制環(huán)、僅由PID控制中的P控制構(gòu)成。這個(gè)P控制的Gain就叫做位置環(huán)增益（Pn100）。為了使目標(biāo)位置和當(dāng)前位置相一致而對(duì)輸出進(jìn)行控制。控制環(huán)的復(fù)習(xí)速度控制環(huán)速度控制環(huán)是為了讓Servo按照指令的目標(biāo)速度旋轉(zhuǎn)

3、而進(jìn)行的控制。其處在中心的速度放大器、從目標(biāo)速度和當(dāng)前速度上計(jì)算出所需要的Motor加速度。速度放大器輸出加速度目標(biāo)速度（指令值）當(dāng)前速度（反饋）（循環(huán)時(shí)間）速度控制環(huán)、僅由PID控制的PI控制構(gòu)成。這個(gè)P控制的Gain就叫做速度環(huán)增益（Pn101）、I控制的Gain就叫做速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)（Pn102）。為了使目標(biāo)速度和當(dāng)前速度相一致而對(duì)輸出進(jìn)行控制。與位置控制環(huán)一樣、最終如下面的式子所示那樣對(duì)加速度進(jìn)行計(jì)算?？刂骗h(huán)的復(fù)習(xí)轉(zhuǎn)矩控制環(huán)轉(zhuǎn)矩控制環(huán)、實(shí)際是控制Motor的最根本控制。通過(guò)控制Motor中所流過(guò)的電流、來(lái)控制與電流成比例的轉(zhuǎn)矩。控制住了轉(zhuǎn)矩、也就能控制與轉(zhuǎn)矩成比例的加速度了。在同步M

4、otor中、電流轉(zhuǎn)矩（為固定系數(shù)）比例關(guān)系在運(yùn)動(dòng)方程式中、加速度慣性轉(zhuǎn)矩 比例關(guān)系轉(zhuǎn)矩控制環(huán)、為了使電流值與目標(biāo)相一致而進(jìn)行的控制、是控制了轉(zhuǎn)矩、加速度。實(shí)際的轉(zhuǎn)矩控制環(huán)、是結(jié)合轉(zhuǎn)子的永久 磁石的位置、控制的相交流電壓、所以 在此之后有更為復(fù)雜的計(jì)算。轉(zhuǎn)矩控制環(huán)、由PID控制的P控制或者PI控制構(gòu)成。這個(gè)控制的Gain、是根據(jù)Motor而設(shè)定的、因此無(wú)需調(diào)節(jié)。所以、伺服驅(qū)動(dòng)器里也沒(méi)有相關(guān)的調(diào)試參數(shù)。伺服參數(shù)調(diào)試方法及原則伺服調(diào)試的方法：1、使用伺服調(diào)試軟件CX-Driver進(jìn)行增益參數(shù)的自整定；2、使用伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)自整定功能調(diào)整增益參數(shù)；3、借助于CX-Driver軟件，手動(dòng)調(diào)整伺服的增益參

5、數(shù)；伺服增益參數(shù)調(diào)試原則： 伺服系統(tǒng)各參數(shù)之間總是相互制約的，如果只有位置回路增益增加，位置回路輸出的指令可能會(huì)變得不穩(wěn)定，以致整個(gè)伺服系統(tǒng)的反應(yīng)可能會(huì)變得不穩(wěn)定。通?？蓞⒄障铝胁襟E對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整： a）將位置環(huán)增益即先設(shè)在較低值，然后在不產(chǎn)生異常響聲和振動(dòng)的前提下，逐漸增加速度環(huán)的增益至最大值。b）逐漸降低速度環(huán)增益值，同時(shí)加大位置環(huán)增益。在整個(gè)響應(yīng)無(wú)超調(diào)、無(wú)振動(dòng)的前提下，將位置環(huán)增益設(shè)至最大。c）速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)取決于定位時(shí)間的長(zhǎng)短，在機(jī)械系統(tǒng)不振動(dòng)的前提下，盡量減小此值。 d）隨后對(duì)位置環(huán)增益、速度環(huán)增益及積分時(shí)間常數(shù)進(jìn)行微調(diào)，找到最佳值。伺服參數(shù)：自動(dòng)調(diào)整一、自動(dòng)調(diào)整 自動(dòng)調(diào)整功能、

6、是對(duì)連接在電機(jī)上的負(fù)載的大小、也就是慣性進(jìn)行測(cè)定、并將Gain調(diào)整至適合其慣性大小的功能。自動(dòng)調(diào)整功能、是測(cè)定慣性并自動(dòng)調(diào)整Gain。所以自動(dòng)調(diào)整功能、可根據(jù)慣性的變化或是能否正確測(cè)定來(lái)區(qū)分使用。最后，確認(rèn)調(diào)整結(jié)果是否理想，如果理想的話，那么自動(dòng)調(diào)整就此結(jié)束；若不理想，進(jìn)入手動(dòng)調(diào)整過(guò)程。具體調(diào)整步驟如下：開始調(diào)整是否需要自動(dòng)調(diào)整實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)諧設(shè)定實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)諧動(dòng)作是否正常？寫入EEPROM調(diào)整結(jié)束手動(dòng)調(diào)諧動(dòng)作正常？是否是否是使用CX-Driver實(shí)現(xiàn)伺服參數(shù)自整定：1、將CX-Driver與伺服連接，在Tuning文件下，選擇“AutoTune”。使用CX-Driver實(shí)現(xiàn)伺服參數(shù)自整定：2、打開

7、“AutoTune”窗口，如下：使用CX-Driver實(shí)現(xiàn)伺服參數(shù)自整定：3、選擇調(diào)整模式，點(diǎn)擊“Next”使用CX-Driver實(shí)現(xiàn)伺服參數(shù)自整定：4、選擇機(jī)械模型，并設(shè)定剛性。5、設(shè)定相關(guān)的參數(shù)。6、啟動(dòng)電機(jī)并開始自整定。注意：自整定過(guò)程可能會(huì)由于振動(dòng)，導(dǎo)致參數(shù)無(wú)法正常整定結(jié)束。7、將參數(shù)寫入到EEPROM。二、參數(shù)實(shí)時(shí)自整定 如果自整定過(guò)程因?yàn)檎駝?dòng)導(dǎo)致自動(dòng)調(diào)整無(wú)法正常結(jié)束，可以采用實(shí)時(shí)自整定功能調(diào)試伺服的增益參數(shù)。具體調(diào)試方法如下：1、選擇調(diào)整模式（Pn002）2、通過(guò)控制器，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，通過(guò)修改伺服參數(shù)Pn003，設(shè)定機(jī)械剛性。在電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，實(shí)時(shí)自整定伺服的增益參數(shù)。以下

8、情況可能導(dǎo)致實(shí)時(shí)自整定無(wú)法完成：伺服參數(shù)：手動(dòng)調(diào)整24頻率成分頻率特性的考慮方法 為了能理解增益調(diào)整、如事先對(duì)頻率成分頻率特性的相關(guān)考慮方法有所了解，會(huì)比較方便。一般的周期函數(shù)（重復(fù)的波形及動(dòng)作） 可以正弦波的級(jí)數(shù)（頻率的不同正弦波的加法）來(lái)顯示。 也就是說(shuō)、Servo電機(jī)的動(dòng)作、是頻率的不同的多個(gè)正弦波相加后的動(dòng)作。25調(diào)試時(shí)重要的個(gè)增益 Servo里可進(jìn)行各種各樣的增益調(diào)試。 但是、主要調(diào)試的為以下4個(gè)增益：位置環(huán)增益：是偏差計(jì)數(shù)器輸出的倍率。僅為位置控制環(huán)的P控制。 調(diào)整其P（比例）增益。速度積分時(shí)間常數(shù)：速度控制環(huán)為PI控制。 調(diào)整其I（積分）增益。速度環(huán)增益：速度控制環(huán)為PI控制。

9、調(diào)整其P（比例）增益。轉(zhuǎn)矩指令濾波時(shí)間常數(shù)：是抑制Motor轉(zhuǎn)矩變化的濾波器。 Motor的最高響應(yīng)頻率為可變。 最重要個(gè)增益對(duì)頻率特性的影響 除位置環(huán)增益外重要的個(gè)增益、可使Servo的頻率特性產(chǎn)生變化。 各個(gè)增益對(duì)頻率特性的影響如下所示。 不過(guò)、因相位的特性較復(fù)雜在此忽視。增益調(diào)整的考慮方法 增益、應(yīng)在不振動(dòng)的前提下盡可能地調(diào)高。但是、也會(huì)有無(wú)論怎樣振動(dòng)都會(huì)發(fā)生、 增益無(wú)法調(diào)高的情況出現(xiàn)。 此時(shí)、可以通過(guò)避開振動(dòng)頻率，即共振頻率來(lái)進(jìn)行調(diào)整。Servo與負(fù)載的共振Servo會(huì)振動(dòng)、是因?yàn)镾ervo和負(fù)載發(fā)生共振而引起的。特別是、在負(fù)載的共振點(diǎn)發(fā)生振動(dòng)。共振點(diǎn)：與吉他的弦同理、在不同的長(zhǎng)度、材

10、質(zhì)、張力下必然會(huì)有易產(chǎn)生振動(dòng)的頻率。避開共振的調(diào)整通過(guò)CX-Driver來(lái)測(cè)定速度or轉(zhuǎn)矩的 波形、測(cè)得振動(dòng)的周期后、就能馬上得出共振的頻率。 所以、將這個(gè)共振頻率的增益在 Servo側(cè)設(shè)低后就能止住振動(dòng)。 陥波濾波器制振控制的調(diào)整無(wú)論是陥波濾波器還是制振控制、雖然控制方法不同、但基本的考慮方法都是一樣的。將振動(dòng)頻率的增益局部調(diào)低。可以達(dá)到既不振動(dòng)、增益設(shè)定又非常高的效果。陥波濾波器制振控制的效果將共振部分的增益、設(shè)定為完全相反的負(fù)增益以此來(lái)打消。 可實(shí)現(xiàn)增益整體較高的設(shè)定、還能提高響應(yīng)性。 開始調(diào)整將實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整設(shè)定為無(wú)效調(diào)整（Pn002=0）默認(rèn)參數(shù)，以常規(guī)動(dòng)作模式、負(fù)載進(jìn)行運(yùn)行是否滿足了

11、定位時(shí)間等性能的要求？調(diào)整結(jié)束增大速度環(huán)增益（Pn101），直到伺服鎖定時(shí)不發(fā)生獵振。減少速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)（Pn102），直到伺服鎖定時(shí)不發(fā)生獵振。電機(jī)運(yùn)行時(shí)有無(wú)獵振（振動(dòng)）？增大位置環(huán)增益（Pn100），直到不發(fā)生超調(diào)。通過(guò)參數(shù)寫入模式寫入EEPROM。調(diào)整結(jié)束減少速度環(huán)增益（Pn101）增大速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)（Pn102）增大轉(zhuǎn)矩指令濾波時(shí)間常數(shù)（Pn104）設(shè)定第一陷波濾波器頻率設(shè)定（Pn201）第二陷波濾波器頻率設(shè)定（Pn204）第三陷波濾波器頻率設(shè)定（Pn207）第四陷波濾波器頻率設(shè)定（Pn210）中的振動(dòng)頻率。多次調(diào)整仍無(wú)法消除振動(dòng)時(shí)或者定位延遲時(shí)：手動(dòng)調(diào)整的具體步驟如下：手動(dòng)調(diào)

12、試過(guò)程中，要借助CX-Driver的DataTace功能，監(jiān)視伺服的指令速度曲線和實(shí)際速度曲線。如下圖：30調(diào)試伺服參數(shù)的目的，是伺服響應(yīng)性最高，即伺服的指令速度曲線和實(shí)際速度曲線重合（前提是速度曲線不能有波動(dòng)）。如下圖：31僅靠調(diào)整位置環(huán)增益、速度環(huán)增益、速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)，不一定能將伺服的指令速度曲線和實(shí)際速度曲線重合，這個(gè)時(shí)候需要加上速度前饋值。如下圖：伺服調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題解決1、定位位置偏差過(guò)大時(shí)（伺服報(bào)警24時(shí)），需要手動(dòng)調(diào)整速度前饋增益參數(shù)（Pn110），如下圖：存在位置偏差，最大4000個(gè)脈沖左右。存在位置偏差，最大4000個(gè)脈沖左右。2、當(dāng)出現(xiàn)由于電子齒輪比設(shè)定過(guò)大引起的電機(jī)抖

13、動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，需要手動(dòng)調(diào)整位置指令濾波器（Pn222），如下圖：3、多軸伺服同步的調(diào)試方法（2軸伺服為例）。前提保證X軸和Y軸伺服響應(yīng)性一致。如何判斷2軸伺服的響應(yīng)性一致？使用CX-Driver監(jiān)視伺服的速度曲線圖，如果二者從零加速到最大速度時(shí)間大致相等，則表示二者響應(yīng)性基本一致。3、多軸伺服同步的調(diào)試方法（2軸伺服為例）。前提保證X軸和Y軸伺服響應(yīng)性一致。如何調(diào)試2軸伺服的響應(yīng)性一致？位置環(huán)增益設(shè)為相同的值。設(shè)備急速加速的話，會(huì)遭到最終用戶不好的評(píng)價(jià)，所以將位置環(huán)增益仍保持當(dāng)前值，不做變更。沒(méi)有使用前饋。因?yàn)閄軸的響應(yīng)性較低，所以對(duì)軸響應(yīng)性進(jìn)行改善速度環(huán)增益：加大速度積分時(shí)間常數(shù)：減小轉(zhuǎn)矩指令濾

14、波器時(shí)間常數(shù)：減小軸響應(yīng)性的改善速度環(huán)增益：加大速度積分時(shí)間常數(shù)：減小轉(zhuǎn)矩指令濾波器時(shí)間常數(shù)：減小軸響應(yīng)性因?yàn)闄C(jī)械共振的原因，無(wú)法提高至軸響應(yīng)性，所以把軸響應(yīng)性跟著軸響應(yīng)性做修改。軸速度環(huán)增益：減小速度積分時(shí)間常數(shù)：減小轉(zhuǎn)矩指令濾波器時(shí)間常數(shù)：減小4、定位完成的問(wèn)題 現(xiàn)象這個(gè)問(wèn)題、在客戶的Application中會(huì)以以下的現(xiàn)象顯現(xiàn)。Servo的動(dòng)作結(jié)束后、到下一次的Servo動(dòng)作開始前所耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)。Servo的連續(xù)動(dòng)作突然中途停止不動(dòng)了。但是又沒(méi)錯(cuò)誤代碼顯示。原因如果Servo的增益調(diào)整不足、定位完成信號(hào)的輸出就會(huì)有延遲、甚至不輸出。通過(guò)CX-Driver來(lái)確認(rèn)定位完成信號(hào)的狀況、如果有問(wèn)

15、題要對(duì)增益進(jìn)行調(diào)整或者把定位完成的寬度設(shè)大。定位完成信號(hào)定位完成信號(hào)、是顯示Servo的個(gè)動(dòng)作完成的信號(hào)。確認(rèn)動(dòng)作是在定位完成寬度(Pn431)中所設(shè)定的定位完成精度內(nèi)停止并輸出。如果增益調(diào)整不足、此輸出的至實(shí)際輸出為止的時(shí)間就會(huì)變長(zhǎng)。在垂直軸中有重力等外力的情況時(shí)、摩擦非常大的負(fù)載情況時(shí)、就可能會(huì)出現(xiàn)定位完成信號(hào)不被輸出、就這樣停在那里的現(xiàn)象。Motor速度約4ms約200ms以上增益調(diào)整不足時(shí)增益調(diào)整最佳時(shí)時(shí)間5、過(guò)載檢出的問(wèn)題Servo電機(jī)有額定轉(zhuǎn)矩、超過(guò)這個(gè)值連續(xù)使用的話電機(jī)就會(huì)燒損。保護(hù)其不被燒損的就是過(guò)載檢出（Err.16）。Servo電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩可以輸出至額定轉(zhuǎn)矩的300%、其

16、會(huì)在Driver內(nèi)部對(duì)電機(jī)內(nèi)部溫度進(jìn)行計(jì)算、達(dá)到一定量以上就檢出。Motor種類和內(nèi)部界限溫度Motor通過(guò)絕緣等級(jí)的標(biāo)識(shí)、對(duì)內(nèi)部最大溫度做了規(guī)定。G-series的電機(jī)有以下2種種類。B種（750W以下）：最大130電機(jī)表面溫度最大上升至約80左右。F種（900W以上）：最大155電機(jī)表面溫度最大上升至約100左右。由繞線溫度決定過(guò)載檢出特性檢測(cè)出過(guò)載時(shí)正常動(dòng)作中檢測(cè)出過(guò)載時(shí)、請(qǐng)把它判斷為實(shí)際就是呈過(guò)載狀態(tài)了。如果是伺服內(nèi)部故障是無(wú)法正常動(dòng)作的。加長(zhǎng)加減速時(shí)間。減低負(fù)載的大小。交換成更大容量的Servo。負(fù)載量請(qǐng)以監(jiān)控功能的過(guò)載負(fù)載率來(lái)確認(rèn)。看對(duì)于100%來(lái)說(shuō)還有多少余量來(lái)做判斷。6、過(guò)電壓

17、檢出的問(wèn)題Motor在使負(fù)載減速及使負(fù)載落下時(shí)、Motor其實(shí)會(huì)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，電氣會(huì)返回至ServoDriver里。這個(gè)現(xiàn)象就叫做再生。如果再生量較大、Servo Driver內(nèi)部就無(wú)法積蓄電氣、從而檢測(cè)出過(guò)電壓（Err.12）。再生處理、是把返回的電氣使之流至電阻上、防止檢測(cè)出過(guò)電壓（Err.12）。位置能量Motor將負(fù)載提升至高處時(shí)、位置能量就會(huì)被積蓄。負(fù)載在落下時(shí)、位置能量通過(guò)Motor被返回。運(yùn)動(dòng)能量Motor在移動(dòng)時(shí)、能量會(huì)被積蓄。在負(fù)載停止時(shí)、運(yùn)動(dòng)能量通過(guò)Motor被返回。M輸出電阻再生處理再生能量（發(fā)電能量）會(huì)被積蓄在Driver的電容里。如果一直積蓄上去、電容端子間的電壓就會(huì)上

18、升、從而導(dǎo)至過(guò)電壓。使再生處理回路工作、放出一定量以上的再生能量。再生能量電容充電電壓上升檢出過(guò)電壓再生處理回路7、不動(dòng)作or位置偏離的問(wèn)題現(xiàn)象在Servo的調(diào)試時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生的問(wèn)題。已經(jīng)給了動(dòng)作指令但Servo不動(dòng)作。實(shí)際的移動(dòng)量與指令的移動(dòng)量不符。這種現(xiàn)象的原因有各種各樣。在這里講解一下原因和區(qū)分方法。原因的區(qū)分方法及其原因可照以下的方法來(lái)區(qū)分并調(diào)查原因。監(jiān)控功能：確認(rèn)指令脈沖相和指令脈沖為零當(dāng)然伺服就不會(huì)動(dòng)了。通過(guò)萬(wàn)用表來(lái)查明原因部分?？刂破鱌RGM控制器輸出回路故障控制器Servo間的接線伺服的輸入回路故障接線部的電源異常Motor負(fù)載DriverControllerPulse輸入回路Pulse輸出