松下伺服馬達增益調試課件

松下伺服增益調試

邢金龍2目錄前言伺服馬達參數(shù)設置方法松下伺服參數(shù)自整定調試松下伺服參數(shù)手動調試波形仿真和實例演示前言34前言伺服馬達介紹定義：伺服馬達（servomotor）是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服馬達可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服馬達動力線編碼器線工作原理：伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉1個脈沖對應的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度，都會發(fā)出對應數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達到0.001mm。直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便（換碳刷），產生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。5前言伺服馬達優(yōu)缺點首先我們來看一下伺服馬達和其他電機(如步進電機)相比到底有什么優(yōu)點：精度：實現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進電機失步的問題；轉速：高速性能好，一般額定轉速能達到2000～3000轉；適應性：抗過載能力強，能承受三倍于額定轉矩的負載，對有瞬間負載波動和要求快速起動的場合特別適用；穩(wěn)定：低速運行平穩(wěn)，低速運行時不會產生類似于步進電機的步進運行現(xiàn)象。適用于有高速響應要求的場合；及時性：電機加減速的動態(tài)相應時間短，一般在幾十毫秒之內；舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。簡單點說就是：我們平常看到的那種普通的電機，斷電后它還會因為自身的慣性再轉一會兒，然后停下。而伺服電機和步進電機是說停就停，說走就走，反應極快。但步進電機存在失步現(xiàn)象。但伺服馬達成本較高，都需要伺服控制器去驅動馬達轉動，在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目刂齐姍C。

6前言伺服馬達應用領域伺服馬達應用的領域十分廣泛，基本上只要是有動力源的，而且對精度有要求的一般都可能涉及到伺服馬達。如機床、印刷設備、包裝設備、紡織設備、激光加工設備、機器人、自動化生產線等對工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求相對較高的設備。汽車行業(yè)手機行業(yè)醫(yī)療行業(yè)食品行業(yè)建筑行業(yè)服裝行業(yè)7前言常用一些伺服馬達目前國內一般比較通用的伺服電機無非是日產與臺產及國產的伺服馬達日產：松下、三菱、安川、富士、三洋等。

臺產：臺達、東元國產：匯川等日產松下三菱富士安川三洋臺達東元臺產國產匯川伺服驅動器參數(shù)設置方法89一、伺服驅動器參數(shù)設置方法一、伺服驅動器的參數(shù)調整理論基礎

伺服驅動器包括三個反饋環(huán)節(jié)：位置環(huán)、速度環(huán)以及電流環(huán)。最內環(huán)（電流環(huán)）的反應速度最快，中間環(huán)節(jié)（速度環(huán)）的反應速度必須高于最外環(huán)（位置環(huán)）。如果不遵守此原則，將會造成電機運轉的震動或反應不良。伺服驅動器的設計可盡量確保電流環(huán)具備良好的反應性能，故用戶只需調整位置環(huán)與速度環(huán)的增益即可。

通常來說，要求位置環(huán)的反應不能快于速度環(huán)的反應。因此，若要增加位置環(huán)的增益，必須先增加速度環(huán)的增益。如果只增加位置環(huán)的增益，電機很可能產生震動，從而將會造成速度指令及定位時間的增加，而非期望的減少。

如果位置環(huán)反應比速度環(huán)反應還快，由于速度環(huán)反應相對較慢，速度環(huán)的輸出變化無法跟上位置環(huán)輸出的速度指令的變化，因此就無法達到平滑的線性加速或減速。而且，位置環(huán)會繼續(xù)累計脈沖偏差，從而增加速度指令。這樣，電機速度會超過給定值，然后位置環(huán)會嘗試減少速度指令輸出量，這樣又會導致速度環(huán)反應會變得很差，電機將趕不上速度指令。整個速度會振動。如果發(fā)生這種情形，就必須減少位置環(huán)增益，或增加速度環(huán)增益，以防止速度指令振動。位置環(huán)增益不可超過機械系統(tǒng)的自然頻率，否則會產生較大的振蕩。

當整個系統(tǒng)需要很快的反應時，僅僅確保采用的伺服系統(tǒng)（控制器、伺服驅動器、電機以及編碼器）的快速反應是不夠的，還必須要確保其控制的機械系統(tǒng)也具有較高的剛性,這樣才能使得整個系統(tǒng)具有較好的剛性。10一、伺服驅動器參數(shù)設置方法二、伺服驅動器關鍵參數(shù)的調整原則速度環(huán)增益（KVP）

主要用來決定速度環(huán)的反應速度。在機械系統(tǒng)不震動的前提下，參數(shù)設定的值愈大，反應速度就會增加。在確保負載慣量比的設定值處于允許范圍的條件下，速度環(huán)的增益設置就可以達到設計時允許的數(shù)值范圍，從而確保速度環(huán)的快速反應。增大速度環(huán)的比例增益，則能降低轉速脈動的變化量，提高伺服驅動系統(tǒng)的硬度，保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)運行時的性能。但是在實際系統(tǒng)中，速度環(huán)比例增益不能過大，否則將引起整個伺服驅動系統(tǒng)振蕩。速度環(huán)積分時間常數(shù)（KVI）

速度環(huán)的積分作用可以減小電機速度的脈動,但積分作用也會延遲伺服驅動器的反應。速度環(huán)積分對速度跟蹤位置指令的影響不是很大，但過大的速度環(huán)積分時間會延遲速度環(huán)的反應時間。因此，時間常數(shù)增加時，驅動器的反應時間變慢，從而所需的定位時間就愈長。當負載慣量很大，或者機械系統(tǒng)很可能出現(xiàn)震動時，必須增大速度環(huán)積分時間常數(shù)，否則機械系統(tǒng)將很可能出現(xiàn)震動。設置時可參考如下進行：

Ti:積分時間參數(shù)[s]

Kv:速度環(huán)增益[HZ]11一、伺服驅動器參數(shù)設置方法速度環(huán)參數(shù)調節(jié)與負載慣量的關系

當負載對象的轉動慣量與電動機的轉動慣量之比增大以及負載的摩擦轉矩增大時，宜增大速度環(huán)比例增益和積分時間常數(shù)，以滿足運行穩(wěn)定性的要求。當負載對象的轉動慣量與電動機的轉動慣量之比減小以及負載的摩擦轉矩減小時，宜減小速度環(huán)比例增益和積分時間常數(shù)，保證低速運行時的速度控制精度。位置環(huán)增益(KPP)

位置環(huán)增益是交流伺服系統(tǒng)的基本指標之一，它與伺服電機以及機械負載有著密切的聯(lián)系。通常伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益越高，電機速度對于位置指令響應的延時減少，位置跟蹤誤差愈小，定位所需時間越短，但要求對應的機械系統(tǒng)的剛性與自然頻率也必須很高。而且當輸入的位置量突變時，其輸出變化劇烈，機械負載要承受較大的沖擊。此時，驅動器必須進行升降速處理或通過上位機用編程措施來緩沖這種變化。當伺服系統(tǒng)位置環(huán)增益相對較小時，調整起來比較方便，因為位置環(huán)增益小，伺服系統(tǒng)容易穩(wěn)定，對大負載對象，調整要簡單些。同時，低位置環(huán)增益的伺服系統(tǒng)頻帶較窄，對噪音不敏感。因此，作為伺服進給用時，位置的微觀變化小，但低位置環(huán)增益的伺服系統(tǒng)位置跟蹤誤差較大，進行輪廓加工時，會在軌跡上形成加工誤差。轉矩指令濾波時間常數(shù)

機械系統(tǒng)在某些情況下可能會出現(xiàn)轉矩共振現(xiàn)象，產生尖銳的振動噪音。通過增加轉矩指令濾波時間常數(shù)可減弱或停止此振動噪音。但是此參數(shù)與積分時間常數(shù)一樣，都會對系統(tǒng)反應造成延遲。因此，不可將此參數(shù)的值設得太大松下伺服參數(shù)自整定調試1213二、松下伺服參數(shù)自整定調試一、簡述：因松下在目前市場比較常用，而且公司用的也比較多，所以主要以松下的增益調試來進行舉例說明。二、參數(shù)調試的目的：對于來自上位系統(tǒng)的指令，驅動器需盡可能無延遲且精準的按指令要求驅動馬達。為使馬達動作更接近指令、最大限度的發(fā)揮機械性能，從而進行馬達的增益調整。

舉例看圖說明一下增益的重要性，如下圖所示，當位置增益設置值較低時，實際速度會比較軟和指令速度存在較大的偏差；當速度增益設置值較大時實際速度可以達到指令速度，但是存在時間的偏差，但要加上前饋的設定，實際速度和指令速度基本接近重合。極大的降低了運動過程中的誤差。

滾珠絲桿馬達波形曲線14二、松下伺服參數(shù)自整定調試下圖是參數(shù)調試流程圖：

馬達調試參數(shù)流程框圖15二、松下伺服參數(shù)自整定調試三、實時自動增益調整概要實時推斷機器的負載特性，并從該結果自動進行對應剛性參數(shù)的基本增益設定和摩擦補償。

注意事項在一些條件下，實時自動增益可能無法正常動作，這種情況，請變更負載條件、動作模式或進行手動增益調整。下述條件是阻礙實時自動增益動作調整的條件。負載慣量：比旋轉慣量小或大時（3倍以下或20倍以上），負載變量變化快；負載：機械剛性極低時或者存在游隙等非線型性特性時；動作模式：速度不足100r/min和連續(xù)低速使用時加減速在1s2000r/min以下的和緩狀態(tài)加減速扭矩小于偏加重、粘性摩擦扭矩時速度為100r/min以上，加減速在1s2000r/min以上的條件不能持續(xù)50ms時16二、松下伺服參數(shù)自整定調試用松下伺服調試軟件PANATERM自整定的步驟和方法打開伺服調試軟件PANATERMver6.0進入界面，通過USB與驅動器連接

17二、松下伺服參數(shù)自整定調試通過USB與驅動器連接，點擊OK進入選擇驅動器和電機的型號界面

18二、松下伺服參數(shù)自整定調試選擇完成型號后進入界面點擊右上角適合增益進入自動增益調試界面

適合增益按鈕19二、松下伺服參數(shù)自整定調試設定參數(shù)：點擊“其他設定”根據(jù)實際負載設定一個起始調試參數(shù)，點擊下一步

其他設定按鈕20二、松下伺服參數(shù)自整定調試進入驅動模式選擇界面，這時需要對馬達進行試運行，讓馬達進行自動動作

試運行按鈕21二、松下伺服參數(shù)自整定調試打開試運行界面，進行調節(jié)先打開伺服，把自動設定取消，把過速度等級等級設定和過載等級設定設置為0，這樣可以避免馬達的報警，再把伺服開啟按鈕打開，是伺服處于勵磁狀態(tài),點擊JOG按鈕，左右運動馬達使MAX和MIN都有數(shù)值，MAX和MIN絕對值相加盡量大一些（10000+），對馬達參數(shù)調試更準確一些，點擊試運轉按鈕。

伺服開啟兩個按鈕JOG按鈕運動最大脈沖和最小脈沖試運轉按鈕二、松下伺服參數(shù)自整定調試進入試運轉畫面設置速度，加減速時間還有移動量等參數(shù)，勾選連續(xù)STEP，點擊STEP按鈕下方，正負按鈕，使馬達進行運轉，這時再返回適合增益畫面。運行參數(shù)設置馬達連續(xù)運行二、松下伺服參數(shù)自整定調試進此時適合增益畫面顯示適合增益準備完成，這時點擊下一步。顯示適合增益準備完成二、松下伺服參數(shù)自整定調試進點擊執(zhí)行適合增益，這時馬達就會自動調整馬達的增益參數(shù)。二、松下伺服參數(shù)自整定調試進當彈出測試完成對話框時，代表增益已經自整定完成，確定后點擊下一步二、松下伺服參數(shù)自整定調試松下伺服剛性調節(jié)（Pr0.03）松下伺服可以設置剛性，調節(jié)剛性可自動調節(jié)增益的參數(shù)，下表表示A5調節(jié)剛性所對應的增益。剛性第一增益第二增益Pr1.00Pr1.01Pr1.02Pr1.04Pr1.05Pr1.06Pr1.07Pr1.09位置環(huán)增益

[0.1/s]速度環(huán)增益

[0.1/s]速度環(huán)積分常數(shù)[0.1ms]轉矩濾波器

[0.01ms]位置環(huán)增益

[0.1/s]速度環(huán)增益

[0.1/s]速度環(huán)積分常數(shù)[0.1ms]轉矩濾波器

[0.01ms]020153700150025151000015001252028001100302010000110023025220090040251000090034030190080045301000080044535160060055351000060055545120050070451000050067560900400956010000400795757003001207510000300811590600300140901000030091401105002001751101000020010175140400200220140100002001132018031012638018010000126123902202501034602201000010313480270210845702701000084146303501606573035010000651572040014057840400100005716900500120451050500100004517108060011038126060010000381813507509030157075010000301916209008025188090010000252020601150702024101150100002021251014006016293014001000016223050170050133560170010000132337702100409440021001000092444902500409524025001000092550002800358590028001000082656003100307650031001000072761003400307710034001000072866003700256770037001000062972004000256840040001000063081004500205940045001000053190005000205105005000100005松下伺服參數(shù)手動調試27三、松下伺服參數(shù)手動調試松下伺服調試雖然具有自動調整增益功能，但由于受到負載條件等制約，即使進行自動增益調整也無法較好地調整增益，或者相應各負載須使之發(fā)揮最佳應答性、穩(wěn)定性時，這個時候就需要手動調整去配合調試最佳的參數(shù)。松下手動調試步驟相對來說比較簡單對照右圖，首先在馬達不起振的情況下增大速度環(huán)增益。然后增大位置環(huán)，設定不起振的位置環(huán)增益，必要時設定積分時間常數(shù)，以縮短定位時間。最后進行微調整，分別對位置環(huán)增益與速度積分時間常數(shù)進行微調整。

*需要注意的是：在調整參數(shù)之前要把設定實時調整（Pr0.02）設置為0，也就是無效；最好把第二增益（Pr1.14）設置為0，也就是無效；調節(jié)時馬達運動的速度最好設置額定轉速，可以觀看馬達能否達到最大速度。同理加減速時間盡量設置小一點，保證加速度大一些。三、松下伺服參數(shù)手動調試一、速度環(huán)增益的設定調試步驟影響速度響應能力的參數(shù)，停止時，用手對聯(lián)軸器加以外力，稍微提高速度環(huán)增益（每次加30左右），直到由于擾動伺服發(fā)生震蕩馬上結束的值。調試時，通過手的感覺來判斷最好，但不可行的時候也可通過轉矩以及聲音來判斷。然后讓電機運轉，確認在運行中無震蕩現(xiàn)象。在不施加外力的情況下，一邊反復使機械運行、停止，一邊視轉矩及聲音而定。最終的速度環(huán)增益的設定值，考慮到機械的個體差異以及年久的變化，應當減小10%程度設定。調試目標如果負載的慣量比設定正確的情況下

高剛性200以上

低剛性100以上參數(shù)過大過小影響數(shù)值設置太高：

與速度環(huán)積分時間太小的影響一樣，速度環(huán)增益的提高同樣破壞了系統(tǒng)穩(wěn)定性，電機速度波動加劇。故兩者的調整必須保持協(xié)調，增大速度環(huán)增益的同時應該增加速度環(huán)積分時間，否則伺服系統(tǒng)會振蕩。數(shù)值設置太低：

速度環(huán)增益太低也會導致電機速度出現(xiàn)波動。比較速度增益過高的情形可知，此時電機速度的波動頻率更低。這充分表明了速度環(huán)增益的提高使系統(tǒng)的工作頻率得到了提高，控制系統(tǒng)的快速響應性能好，能更有效地克服干擾作用的影響。此外，當速度環(huán)增益遠小于位置環(huán)增益時，伺服的穩(wěn)定性也會被破壞，電機速度在運行過程中也會不斷地波動。一般情況下盡量保證速度環(huán)增益大于位置環(huán)增益。三、松下伺服參數(shù)手動調試二、速度時間積分常數(shù)的設定調試步驟位置偏差小的時候結束的很快的關系、一般在10～300的范圍內進行設定。調試目標如果負載的慣量比設定正確的情況下

高剛性機械30以下

低剛性機械和怕振動機械50～300參數(shù)過大過小影響數(shù)值設置太高：速度環(huán)積分對速度跟蹤位置指令的影響不是很大，但過大的速度環(huán)積分時間會延遲速度回路的反應時間。數(shù)值設置太低：速度環(huán)積分時間太短，破壞了速度回路的穩(wěn)定性，電機速度的波動增加，伺服變得不穩(wěn)定，運行中可伴有尖銳的震動噪音，也會影響COIN信號的輸出。參數(shù)判斷用速度、位置偏差確認。想加快整定的場合，一邊用位置偏差確認，一邊考慮定位完成的幅值來調整。三、松下伺服參數(shù)手動調試三、位置環(huán)增益的設定調試步驟與定位的遲滯有關，一般在速度增益的一半到2倍的范圍內進行設定。調試目標如果負載的慣量比設定正確的情況下

高剛性機械位置環(huán)增益=速度環(huán)增益*2左右

低剛性機械位置環(huán)增益=速度環(huán)增益*1/2左右參數(shù)過大過小影響數(shù)值設置太高：在位置伺服系統(tǒng)中，調高位置增益雖然可以使得電機速度對于位置指令響應的延時減少，但位置環(huán)增益過高引起系統(tǒng)開環(huán)的總增益加大，易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，可體現(xiàn)為電機速度波動有所加劇。數(shù)值設置太低：在伺服系統(tǒng)中，位置環(huán)的工作頻率遠比速度環(huán)要低。位置環(huán)增益過低時，系統(tǒng)難以抵消在速度響應過程中造成的位置偏差，從而導致電機的速度跟蹤嚴重滯后于位置指令速度，也會影響COIN信號的輸出。三、松下伺服參數(shù)手動調試四、前饋的設定調試目標用于想快速定位的場合。目標通常30%程度，最大60%。根據(jù)機械，設為100%也有可能，但位置偏差也有變?yōu)闇p的情況。參數(shù)過大過小影響設定值很大時，由于偏差變得非常小，有可能為減，有必要注意定位完成信號。五、轉矩濾波器的設定調試目標轉矩指令的一階延時低通濾波器。設定單位為0.01ms。一般為300以下。對抑制機械的振動和噪音有效果。轉矩的紊亂會導致機械的振動與噪音。高的K-K-音的情況100程度低的咕-咕-音的情況200程度參數(shù)過大過小影響設定地過大的話，特別是300以上，因難以控制需注意截止頻率fc=1/(2π*設定值*0.00001）

例：設定值是100的情況fc=1/(2π*100*0.00001）=159Hz波形仿真和實例演示33四、波形仿真和實例演示首先以松下100W馬達進行仿真模擬波形，設定一個數(shù)值看下仿真圖形效果速度=3000r/min加速時間=50ms脈沖STEP=40000psl慣量比=13速度環(huán)=30HZ位置環(huán)=40（1/s）速度積分時間=10ms前饋=30%由圖中可以看見紅線所示指令脈沖偏差比較大達到8000，而且位置指令（紫線）和實際速度（綠線）斜率和偏差較大，按照步驟調節(jié)馬達參數(shù)，先增大速度環(huán)和適當增大積分常數(shù)還有位置環(huán)的增益參數(shù)。四、波形仿真和實例演示增大速度環(huán)、積分時間、位置環(huán)再看下仿真圖形效果速度=3000r/min加速時間=50ms脈沖STEP=40000psl慣量比=13速度環(huán)=100HZ位置環(huán)=150（1/s）速度積分時間=50ms前饋=30%由圖中可以看見誤差明顯減小，位置指令和實際速度斜率幾乎一樣，馬達效果明顯增強。四、波形仿真和實例演示再嘗試增大速度環(huán)、積分時間、位置環(huán)，再看下仿真圖形效果速度=3000r/min加速時間=50ms脈沖STEP=40000psl慣量比=13速度環(huán)=200HZ位置環(huán)=300（1/s）速度積分時間=100ms前饋=30%由圖中可以看見誤差還在減小，位置指令和實際速度斜率幾乎一樣，馬達效果明顯增強。這時馬達還未出現(xiàn)響動，還可以嘗試增大速度環(huán)，為防止馬達起振，還要略微增大積分常數(shù)，為減小誤差調完速度環(huán)后先要增大位置環(huán)。四、波形仿真和實例演示再嘗試增大速度環(huán)、積分時間、位置環(huán)，再看下仿真圖形效果速度=3000r/min加速時間=50ms脈沖STEP=40000psl慣量比=13速度環(huán)=220HZ位置