数控系统伺服驱动优化方法

SIEMENS810/840D系统具有自动优化功能，由驱动系统在负载状态下自动测试和分析调节器的频率特性，确保调节器的比例增益和积分时间常数。如果自动优化的结果不够理想，达不到机床最佳控制效果，在此基础上需要进行手工优化。

首先就SIEMENS810/840D自动优化的具体步骤做一详细介绍。

在优化之前要使机床在JOG方式下，在如图5画面可以选Without PLC，这样在优化过程中PLC不生效。

图5 840D自动优化画面

SIEMENS840D中PCU50轴优化具体步骤：

1. 菜单→启动→驱动/伺服轴→扩展→自动控制设置

2. 在自动控制设置窗口：设置好不带PLC，上限、下限。

3. 按右侧垂直菜单的启动键，此时显示“开始机械系统测量部分1” →确认

4. 按“程序启动键”，电机正转。然后显示“开始机械系统测量部分2” →“确认”

5. 再次按“程序启动键”，电机反转。然后显示“启动当前控制的测量” →“确认”

6. 再次按“程序启动键”。然后显示“控制器数据开始计算” →“确认”

7. 窗口显示：

8. 按右侧垂直菜单的“保存”键，然后显示“开始测量速度控制回路” →“确认”

9. 再次按“程序启动键”。手动适当修改驱动参数1407。

自动优化的结果并不一定是一个理想的结果，大部分情况下进行手工优化。手工优化一般是先利用自动优化的结果，在原调节器比例增益和积分时间常数的基础上，更好地确定调节器比例增益和积分时间常数。最后还要根据测量的结果设定各种滤波器控制数据，以消除驱动系统的共振点。

1. 速度控制环手动优化

速度控制环优化比例增益和积分时间常数两个数据，先确定它的比例增益，再优化积分时间常数。如果把速度调节器的积分时间常数MD1409调整到500ms，积分环节实际上处于无效状态，这时PI速度调节器转化为P调节器。为了确定比例增益的初值，可从一个较小的值开始，逐渐增加比例增益，直到机床发生共振，可听到伺服电机发出的啸叫声，将这时的比例增益乘以0.5，作为首次测量的初值。

参考频率响应是Kp(MD1407)和Tn(MD1409)优化的最重要的方法。优化后显示的幅值(db)和相位图1-6中，表示的是速度实际值是如何跟随设定值的;0db表示实际速度和设定速度值是相同的幅值;0相位表明实际速度跟随设定值具有最小的延时。手动优化就是大量的、反复多次调整Kp(MD1407)和Tn(MD1409)数值，目的就是使频率特性的幅值在0db处保持尽可能宽的范围，而不出现不稳定的振荡情况，必要时也需要不断调整滤波器参数进行优化。

图6 参考频率响应图

2. 位置控制环的优化

位置环优化主要是位置调节器的优化。影响位置调节器的主要控制数据是它的伺服增益因子，因为系统的跟随误差与它有密切关系。调整位置调节器伺服增益因子的前提条件是速度调节器有较高的比例增益，因此速度调节器的优化是位置调节器特性调整的基础。

调整伺服增益因子的目标，应使系统的跟随误差达到最小。增加伺服增益因子可以减少系统的跟随误差，但是伺服增益因子不能调整得太大，否则会导致系统的超调，甚至出现振荡现象。一般情况下，为了获得较高的轮廓加工精度，应尽可能增大伺服增益因子。伺服增益因子在机床参数MD3220中设置。

优化位置调节器最简单的方法是观察它的跟随特性，当伺服增益系数改变时，在操作面板可以看到Following error(跟随误差)的变化，从中判断伺服增益因子是否达到最佳。如图7所示。

图7轴服务画面

通过对FANUC和SIEMENS系统速度环、位置环的调试，发现对机床参数的调整是一件复杂而繁琐的工作，由于参数之间是相互影响的，需要反复的调试确定。参数优化的好坏，决定加工效果。