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(duì)伺服系統(tǒng)的調(diào) 整可以使伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) （伺服放大器及伺服電機(jī) ）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(duì)于伺服調(diào)整大多語(yǔ)焉不詳。其實(shí)伺服調(diào)整更重要。本篇擬用通俗 易懂的語(yǔ)言對(duì)伺服調(diào)整中的重點(diǎn)問題作一下講解，希望能對(duì)大家有 所幫助。所謂伺服，來自英文 servo 的直譯，可簡(jiǎn)單地理解為驅(qū)動(dòng)。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(jī)達(dá)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(shí)，固定值的參數(shù) 便可以確定，可變值的參數(shù)

2、要在伺服調(diào)整時(shí)確定。數(shù)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(dòng)指令脈沖（ Mcmd ） 與位置反饋脈沖比較運(yùn)算，準(zhǔn)確控制機(jī)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(jìn)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(shí)際負(fù)載的電流 反饋狀態(tài)對(duì)放大器實(shí)施脈寬調(diào)制 （PWM ），輸出扭矩隨負(fù)載扭 矩的變化而作出相應(yīng)變化。輸出扭矩隨負(fù)載扭矩的變大而變大，隨負(fù)載扭矩的變小而變小講述了三環(huán)原理后，我們應(yīng)記住這樣一個(gè)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)。也有人習(xí)慣稱粗糙度為光潔度

3、。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(shí)，若從伺服 控制的角度來調(diào)整，則應(yīng)對(duì)速度環(huán)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。如果出現(xiàn)輪廓 形狀誤差變大，應(yīng)重點(diǎn)調(diào)整位置環(huán)。在速度環(huán)中最關(guān)鍵的參數(shù)為負(fù)載慣量比。 負(fù)載慣量比在發(fā)那科 0 系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的參數(shù)是 8X21，18i 16i 0i系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的參數(shù)是 2021。在伺服調(diào)整畫面中，負(fù)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(fù)載慣量比的關(guān)系如下設(shè)定值=(負(fù)載慣量比+256 )X100/256無負(fù)載時(shí)，負(fù)載慣量比為 0，所以速度增益為100。負(fù)載與電機(jī)慣量相同時(shí)，負(fù)載慣量設(shè)為256，這種狀態(tài)稱為慣量匹配，此時(shí)速度增益為200。速度

4、增益是一個(gè)非常重要的參數(shù)，值應(yīng)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(yīng)性，解決振動(dòng)和粗糙度不良等問題，但是值設(shè)得太大會(huì)引起振動(dòng)。位置環(huán)和輪廓形狀精度有關(guān)，在實(shí)際中通過加工一個(gè)圓來修正 形狀輪廓誤差。伺服調(diào)整軟件 Servo Guide 通過測(cè)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(shí)，涉及到對(duì)前饋、伺服增 益、加減速時(shí)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(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)， 在這個(gè)過程中會(huì)有一個(gè)滯后。伺服系統(tǒng)的滯后產(chǎn)生形狀誤差，圓弧 切削時(shí)的實(shí)際機(jī)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

5、是讓電機(jī)先于指令動(dòng)起來，讓電機(jī)有一個(gè)提前 運(yùn)動(dòng)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(duì)應(yīng)參數(shù) 8X05#1（ 第一位 ）設(shè)為 116i 18i 0i 系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的參數(shù)是 8X68 ， 16i 18i 0i 系 統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的參數(shù)是 2068, 取值的范圍 9000-10000 。 AIAPC 、 AICC 加工中對(duì)應(yīng)參數(shù) 2092 。每次調(diào)整值以 200 遞增。各軸插補(bǔ)后切削進(jìn)給的加減速時(shí)間常數(shù)的調(diào)整 如果值取的 小，軸啟動(dòng)時(shí)加速度會(huì)出現(xiàn)急劇變化，容易出現(xiàn)沖擊。

6、取值范圍一 般從 24 開始設(shè)定，單位是 ms ，每次以 8 個(gè)單位遞加，如 32 ，40 等。普通加工情況下， 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 LOOPGAIN，單位為0.01s 1 （秒分之一），其本質(zhì)是響應(yīng)時(shí)間。如果值為3000 ,換算成時(shí)間是 3000 X）.01s-1=30s-11/30s 1 = 0.033s=33ms取值范圍 3000-5000 。環(huán)路增益越大，則位置控制的響應(yīng)越快，形 狀誤差變小。

7、但如果太大，系統(tǒng)將不穩(wěn)定，產(chǎn)生振動(dòng)。發(fā)那科0 系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)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(jī)械系統(tǒng)中， 如果反向間隙及摩 擦很大，就會(huì)造成電機(jī)反向時(shí)產(chǎn)生滯后，在圓弧切削時(shí)產(chǎn)生象限突 起，即加工圓時(shí)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 ，

8、一般設(shè)為 100 反向間隙加速時(shí)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(duì)形狀輪廓誤差的調(diào)整外，另一個(gè)重要的應(yīng)用是對(duì)機(jī)械振動(dòng)的抑制。這要根據(jù)系統(tǒng)是全閉環(huán)還是半閉環(huán)而分別處理。簡(jiǎn)言之，半閉環(huán)是指位置檢測(cè)信號(hào)來自伺服電機(jī)的編碼器，而全閉環(huán)的位置檢測(cè)信號(hào)是來自光柵尺或磁尺。 系統(tǒng)半閉環(huán)時(shí)振動(dòng)的抑制方法 第一種方法是調(diào)整 250 e加速度功能加速度反饋功能 是用軟件對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度反饋信號(hào)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(bǔ)償轉(zhuǎn)矩指令的 功能，用它來抑制速度環(huán)的振蕩。其實(shí)是將機(jī)械負(fù)載作一個(gè)估 算，

9、將估算值加到反饋中。適用如下情況：1 電動(dòng)機(jī)與機(jī)械負(fù)載彈性連接2 機(jī)械慣量比電動(dòng)機(jī)慣量大250 g加速度反饋增益對(duì)應(yīng)參數(shù)發(fā)那科 0 系統(tǒng)對(duì)應(yīng)參數(shù) 8X66 16i 18i 0i 對(duì)應(yīng)參數(shù)為 2066 設(shè)定值T至20,參數(shù)值為負(fù)值。 第二種方法使用 HRV 濾波器 使用 HRV 濾波器可以抑制 某種頻域的振動(dòng)，現(xiàn)在基本都采用這種方法。 發(fā)那科a i系列伺服 控制器采用 HRV1-HRV4 高響應(yīng)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(duì)應(yīng)的英文 High Response Vector ，譯作高響應(yīng)矢量， 目的是對(duì)交流電機(jī)矢 量控制從硬件和軟件方面進(jìn)行優(yōu)化，

10、 以實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工的高速和高 精度， HRV1 HRV2 HRV3 HRV4 電流環(huán)響應(yīng)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(gè)相關(guān)參數(shù)。 中心頻率是指產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)的頻率的中心部分，對(duì)應(yīng)發(fā)那科16i 18i0i對(duì)應(yīng)參數(shù)2113，0系統(tǒng)沒有對(duì)應(yīng)參數(shù)。帶寬是指振動(dòng)時(shí)頻率 的范圍，常設(shè)為 20。振動(dòng)的中心頻率和帶寬是我們必須要通過 某種手段檢測(cè)出來，例如可以用Servo Guide軟件或頻率計(jì)等。阻尼值是指對(duì)振動(dòng)幅度抑制的程度，發(fā)那科系統(tǒng)16i 18i 0i對(duì)應(yīng)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(shí)振動(dòng)抑制方法當(dāng)電動(dòng)機(jī)與機(jī)床之間的扭矩變化

11、和間隙等較大時(shí)，如蝸輪 蝸桿傳動(dòng)中機(jī)床速度與電動(dòng)機(jī)速度在加減速時(shí)將會(huì)產(chǎn)生很大的 差異。此時(shí)采用機(jī)械速度反饋功能，提前估算機(jī)床的速度加入 到速度控制中，以穩(wěn)定整個(gè)位置環(huán)的功能。相關(guān)參數(shù)如下： 機(jī)械速度反饋功能有效信號(hào)（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1位）設(shè)為1，功能有效。 機(jī)械速度反饋增益（MCNFB ）發(fā)那科0系統(tǒng)參數(shù)8X8816i 18i 0i系統(tǒng)參數(shù)2088機(jī)械速度反饋增益的設(shè)定方法：（I） 0系統(tǒng)的機(jī)械速度反饋增益（MCNFB ）設(shè)定MCNFB= a4096 X8192由位置檢測(cè)器輸出的電動(dòng)機(jī)的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)a取

12、值范圍0.3-1.0所謂位置檢測(cè)器輸出的電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，是指電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈由光柵欄尺或磁尺發(fā)出的脈沖數(shù)。(H)系統(tǒng)16i 18i 0i的機(jī)械速度反饋增益的設(shè)定當(dāng)參數(shù) 2012#1=1 時(shí)機(jī)械速度反饋有效。當(dāng)參數(shù) 2017#7=1 時(shí)，使用速度環(huán)比例項(xiàng)高速處理 功能時(shí)，參數(shù) 2088 設(shè)為正值。當(dāng)參數(shù) 2017#7=0 時(shí)， 2088 中設(shè)為負(fù)值。當(dāng)柔性齒輪比N/M（ 對(duì)應(yīng)參數(shù) 2084/2085） 為 1 時(shí)，2017#7=1時(shí)，參數(shù) 2088 取值 30-100 ，2017#7=0時(shí)，參數(shù)2088取值0-彳00。當(dāng)柔性齒輪比時(shí)，N/M （對(duì)應(yīng)參數(shù) 2084/2085） 不為 12017#7=

13、1時(shí)，參數(shù) 2088 取值 3000-100002017#7=0時(shí)，參數(shù) 2088 取值3000- 10000注：速度環(huán)中有積分項(xiàng)，PK1V/S ，對(duì)應(yīng)參數(shù) 2043 ，伺服畫面中為 INT.GAIN ；有比例項(xiàng) PK2V 對(duì)應(yīng)參數(shù) 2044 ，伺服畫面中為 PROP.GAIN。速度環(huán)比例項(xiàng)高速處理功能是將速度環(huán)的比例項(xiàng)移到電流環(huán)中，相當(dāng)于提高了響應(yīng)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(shí)，分別對(duì)應(yīng)第 1 軸、第 2 軸、第 3 軸、第 4 軸。注： AICC 即 Ai Contour Control, 譯為精密輪廓控制。在加工 程序中用 G5.1 Q1 作為 AICC 控制的開始， 用