松下伺服增益参数调整说明-课件

松下伺服增益参数调整说明一一基 本参数 调节其实伺服电机我们所说的基本调节就是要确定下面几个方面的问题：控制方式（一共有三种）位置控制速度控制转矩控制21.位置控 制的基本参数调节31.1位置 控制的 基本参数调节。42.速度 控制的 基本参数调节52.1速度 控制的 基本参数调节63.转矩 控制的 基本参数调节73.1转矩 控制的 基本参数调8大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点94、伺 服刚性 的基本调节伺服电机的刚性，实际是伺服系统的增益大小但是可以从下面两方面来理解：1.系统跟随指令的一个指标2.系统抗干扰能力的一个指标104.1伺服 电机刚 性的基本调节伺服电机刚性，首先需要确定的第一个参数是：伺服电机刚性，首先需要确定的第一个参数是：Pr0.04通过这个方式还不能满足要求的，就要使用通过这个方式还不能满足要求的，就要使用Panaterm软件进行调节软件进行调节11速度环 增益 的设定速度环增益影响速度响应能力的参数，停止时，用手对联轴器加以外力，稍微提高速度环增益（每次30），直到由于扰动伺服发生振荡马上结束的值。通过手的感觉来判断最好，但不可行的时候也可通过转矩及声音来判断。然后让电机运转，确认在运行中无振荡现象。在不能施加外力的情况下，一边反复使机械运行、停止，一边视转矩及声音而定。最终的速度环增益的设定值，考虑到机械的个体差异以及年久的变化，应减小10%程度设定。目标？（如果负载的惯量比正确设定的情况下）高刚性的机械200以上低刚性的机械100以下由于设定的大、小产生的影响？太小的话，反复过冲与下冲，摇摆不定地转动。太大的话，也会导致振动与声音，引起振荡。12速度环增益(Speed loop gain)的效果：速度(speed)观测13速度环增益(speed loop gain)的效果：转矩(torque)观测14位置环 增益 的设定与定位的迟滞有关，一般在速度增益的一半到倍的范围内进行设定。目标？高刚性的机械 位置环增益设定 速度环增益2 低刚性的机械 位置环增益设定 速度环增益12（如果负载的惯量比设定正确的情况）由于设定的大、小产生的影响？太小的话，定位时间长。太大的话，发生振动，也会影响COIN信号输出。判断？通过速度、位置偏差确认。想加快整定的场合，通过一边确认位置偏差，一边考虑定位完成的幅值来调整。15位置环增益(position loop gain)的效果：速度(speed)观测16位置环增益(position loop gain)的效果：位置偏差(position error)观测17速度积 分时 间常数的设 定特别地，位置偏差小的时候结束得快的关系、一般在10300的范围内进行设定。目标？高刚性的机械 30以下低刚性机械和怕振动的机械 50300 由于设定的大、小产生的影响？太小的话，会引起振动，也会影响COIN信号输出。太大的话、振动会减小，偏差少的场合，整定时间会变长。作为一阶延时时间常数设为500以上的话，不太大的变化看不到。判断？用速度、位置偏差确认。想加快整定的场合，一边用位置偏差确认，一边考虑定位完成的幅值来调整。18速度积分时间常数(speed integrated time)的效果：速度(speed)观测19速度积分时间常数(speed integrated time)的效果：位置偏差(position error)观测20基本调 整附 加功能前馈功能跳过位置环增益，直接输入到速度环增益的比例（%）的设定。用于想快速定位的场合。目标通常30%程度，最大60%。根据机械，设为100%也有可能，但位置偏差也有变为减的情况。设定值很大时，由于偏差变得非常小，有可能为减，有必要注意定位完成信号。转矩滤波器功能转矩指令的一阶延时低通滤波器。设定单位为0.01ms。一般为300以下。对抑制机械的振动和噪音有效果。（转矩的紊乱会导致机械的振动与噪音）设定地过大的话（特别是300以上）因难以控制需注意截止频率fc1（2设定値0.00001）（例）设定値100的情况fc 1（2 1000.00001）159Hz 设定目标 高的KK音的情况 100程度低的咕咕音的情况 200程度21速度前馈(speed feedforward)的效果：速度(speed)观测22【实时自动调整流程图】【实时自动调整流程图】结结束束从上位控制器NC传出指令分析频率（FFT）把握共振特性机械钢性No.（Pr.22）上升运转是否正常？出现共振现象时要求更短的整定时间时把握速度环增益的范围把握共振点,根据需要使用 陷波滤波器运转OK？运转OK？结束结束结结束束机械钢性No.（Pr.22）下降是是是是是是OK实行实时自动调整的情况下，右图表示调整流量。实时自动调整这一功能，可以进行自动增益切换，自动设定位置环路增益，速度环路增益，速度环路积分时间常数、速度观测滤波器、转矩滤波器、前馈速度，惯量比等个调整参数，不能更改。按照操作手册进行调整时，需要设定实时自动调整功能为无效。如果此流程可以理解，操作就没问题了！23截止频率：关键点为驱动器控制速度环响应。设定惯量比时，要与速度环增益一致。这里以Hz为例，速度环的响应区间表示设定在Hz的状态下。共振点反共振点根据根据PANATERM频率分析功能频率分析功能分析频率功能，可以测定范围内的响应特性。此功能强大，不仅对调整起到很大的作用，而且还可以把握负载状态与特性。使用方法可根据具体的需要另外学习，在实际操作中，如没有实践经验，感觉也就很难把握。因此，需要理解下列图表所表示的内容。MINAS系列的PANATERM，配置有完美的频率分析功能。如果使用此项功能，解析力将大幅提高24转矩滤波器转矩滤波器陷波滤波器陷波滤波器整体下降该点下降使用使用PANATERM分析频率功能，观察滤波器效果分析频率功能，观察滤波器效果下图的蓝线（黑白印刷比较图难以辨认）表示使用滤波器前，可能在付近共振点的振动状态。红线表示使用滤波器后的波形，可以把握各滤波器的效果。25增益增益调调整整的实际运用的实际运用 最后，总结了使用操作手册在实机上进行调整的实际操作。此前，对增益进行了阐述。实际操作的调整，要和各种过滤器一起来抑制共振现象。此外，归根结底调整是与负载匹配的过程。根据不同情况，改变调整方法，整体流程如下图所示。开始用出货值解析频率，确认共振点等，然后设定各过滤器如果有可能，用最小刚性No.进行自动调整，并设定惯量比使用运作的低速驱动或再次解析频率等各种过滤器决定最适合数值和速度环增益。设定位置环增益和速度环积分时间常数用原有运转模式进行运转，看波形图解确认运转过程。如运转没有达到要求，微调各个增益根据上升的速度环增益值，决定位置环增益和速度环积分时间常数的范围如这样也无法使驱动达到要求，进一步采用增益切换功能和速度换技能和前馈速度等功能。完成不分先后顺序26伺服系统是NC功能的具体执行机构，一般都是由驱动器、伺服电机、测速机、编码器构成。问题一：噪声，不稳定客户在一些机械上使用伺服电机时，经常会发生噪声过大，电机带动负载运转不稳定等现象，出现此问题时，许多使用者的第一反应就是伺服电机质量不好，因为有时换成步进电机或是变频电机来拖动负载，噪声和不稳定现象却反而小很多。表面上看，确实是伺服电机的原故，但我们仔细分析伺服电机的工作原理后，会发现这种结论是完全错误的。交流伺服系统包括：伺服驱动、伺服电机和一个反馈传感器（一般伺服电机自带光学偏码器）。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行：驱动器从外部接收参数信息，然后将一定电流输送给电机，通过电机转换成扭矩带动负载，负载根据它自己的特性进行动作或加减速，传感器测量负载的位置，使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较，然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致，当负载突然变化引起速度变化时，偏码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器，驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化，并重新返回到设定的速度。交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统，负载波动和速度较正之间的时间滞后响应是非常快的，此时，真正限制了系统响应效果的是机械连接装置的传递时间。27举一个简单例子：有一台机械，是用伺服电机通过V形带传动一个恒定速度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性，分析其动作过程：当驱动器将电流送到电机时，电机立即产生扭矩；一开始，由于V形带会有弹性，负载不会加速到象电机那样快；伺服电机会比负载提前到达设定的速度，此时装在电机上的偏码器会削弱电流，继而削弱扭矩；随着V型带张力的不断增加会使电机速度变慢，此时驱动器又会去增加电流，周而复始。在此例中，系统是振荡的，电机扭矩是波动的，负载速度也随之波动。其结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过，这都不是由伺服电机引起的，这种噪声和不稳定性，是来源于机械传动装置，是由于伺服系统反应速度(高)与机械传递或者反应时间（较长）不相匹配而引起的，即伺服电机响应快于系统调整新的扭矩所需的时间。找到了问题根源所在，再来解决当然就容易多了，针对以上例子，您可以：（1）增加机械刚性和降低系统的惯性，减少机械传动部位的响应时间，如把V形带更换成直接丝杆传动或用齿轮箱代替V型带。（2）降低伺服系统的响应速度，减少伺服系统的控制带宽，如降低伺服系统的增益参数值。（3）设置滤波器，陷波等。28那到底什么是“惯量匹配”呢？1.根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J角加速度。角加速度影响系统的动态特性，越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。如果变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。2.进给轴的总惯量“J伺服电机的旋转惯性动量JM电机轴换算的负载惯性动量JL负载惯量JL由（以工具机为例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。JM为伺服电机转子惯量，伺服电机选定后，此值就为定值，而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化率小些，则最好使JL所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。1影响：传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响，惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。2确定：衡量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态特性反应越好；惯量越大，马达的负载也就越大，越难控制29若提高增益会引起什么呢？在伺服调整中，经常使用的增益有速度增益，位置增益。当在伺服调整中发生问题时，为避免执行错误的对策，必须要了解在提高增益时会引发哪些情况。优点响应变快抗干扰增强追踪性提高缺点产生机械共振由于延迟和干扰而变得不稳定控制体自身产生振动具有代表性的延迟要素速度增益时：全部转矩滤波器位置增益时：速度增益提高增益时会产生2种振动重要5关于控制305关于控制（3）若加入滤波器会引起什么呢？在伺服里各种滤波器作为一种应对振动的对策被使用。但是，如果使用错误的话，相反的也会引起振动。为掌握怎样的使用方法才是正确的，必须要了解加入滤波器后会引发哪些情况。使用滤波器后（增大时间常数）会引起如下现象。优点能够抑制机械共振。缺点延迟增加而变得不稳定，控制体自身产生振动。滤波器 作为由机械共振而引起振动时的对策是 作为由控制不稳定而引起振动时的对策是重要315关于控制（4）关于发生振动的结构发生的振动提高增益机械共振，控制体自身不稳定的振动 加入滤波器控制不稳定的振动伺服调整的基本是为了加快响应而提高增益由于增益的提高而产生了机械共振通过加入陷波滤波器；延长转矩滤波器的时间常数来应对为了加快响应而提高增益产生控制体自身的振动（增益已不能再提高）按照以上的步骤执行。由于根据产生的振动，采取的对策有很大的不同，因此对发生振动的辨别能力是很重要的。重要326关于装置32 SigmaWin的机械分析和振动的关系机械共振（共振频率）是指“变得像无负载的状态伺服轻快动作增益提高”，在SigmaWin的机械分析的增益线图上呈山状。装置的固有振动数（反共振频率）是指“伺服受到反作用力伺服的动作被抑制增益下降”，在SigmaWin的机械分析的增益线图上呈谷状。伺服在负载变轻后动作轻快伺服受到反作用力，动作困难增益降低增益提高共振频率反共振频率336关于装置（）33具有代表性构造的机械特性331滚珠丝杠结构滚珠丝杠结构的场合，机械分析的结果产生2个（以上）峰值。并且，各自的振动如下。（）在滚珠丝杠的螺母部的刚性体（旋转）运动（频率较低的峰值）（）滚珠丝杠联轴器的扭转共振（频率较高的峰值）346关于装置（）33具有代表性构造的机械特性332皮带构造皮带构造的场合，机械分析的结果产生1个峰值。其特点是峰顶和峰谷之间的频率差以及增益相位的变化比较大。356关于振动的对策41机械共振 机械共振是在伺服调整中提高速度比例增益时，缩短转矩滤波器的情况下发生的比较多。一般的机械共振的对策就是使用各种滤波器。经常使用的滤波器有 转矩滤波器（PR1.04等）陷波滤波器 由于机械共振在机械分析的增益线图中呈现山状，所以在进行伺服调整之前如果先实行机械分析的话可以讨论出适合装置的滤波器设定。机械共振的辨别方法减小转矩滤波器（Pn401等）的时间常数振动（声音）恶化重要陷波滤波器3643因惯性力引起的装置的摇摆因惯性力引起的装置的摇摆是因为加快装置的动作引起的。在伺服调整中有时是因为提高响应（例如增大位置环增益，使用前馈等）而产生的。此类振动随着时间的加长而逐渐改善，伺服不发生振动。此类振动的对策是改善指令。改善指令的方法有使用指令滤波器降低指令的加速度（需要向用户建议。）等。若发生此类振动，不管怎样的伺服调整，都不能有更好的效果。因惯性力引起的装置的摇摆的辨别方法增大指令滤波器的时间常数摇动变小重要7关于振动的对策（）377伺服调整的方法Step52关于手动调整5-2-1个别装置的手动调整即使设定考虑了增益平衡性的参数，由于装置本身的原因在停止时也有发生振动的情况。发生振动的装置的特征如下有皮带结构的装置负载惯性力矩比大的装置此类振动的对策是在实施调整支持功能后缩短滤波器的时间常数如果这样还是不行的话降低增益降低增益导致响应性不足，无法满足规定要求时，需要使用增益切换功能，仅在停止时降低增益和手动调整。387伺服调整的方法Step52关于手动调整5-2-2缩短定位时间的手动调整 前馈功能如果这样还是不行的话，需要使用 积分时间常数在静摩擦的影响下，可能在P控制切换到P-I控制前在积存有位置偏差的状态下停止。39