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三菱數控系統(tǒng)伺服參數調整技術
三菱數控系統(tǒng)伺服參數調整技術
【摘 要】本文從三菱伺服系統(tǒng)的原理入手，并參照三菱數控系統(tǒng)伺服驅動器的結構特性，開發(fā)設計了一套用于調整三菱數控系統(tǒng)伺服的測試分析系統(tǒng)，并利用此系統(tǒng)進行了三菱數控系統(tǒng)伺服參數調試方法的分析和研究工作。
與傳統(tǒng)的伺服調整過程相比，這套基于測試分析理論的伺服參數調整技術，增加了能夠對伺服過程進行及時反饋及補充的圖形交互功能，而且通過現(xiàn)場調試及試驗論證發(fā)現(xiàn)，圖形反饋信息系統(tǒng)的使用，可以使大幅提高三菱數控系統(tǒng)伺服參數調試過程的效率和精度。
【關鍵詞】原理;數控系統(tǒng)伺服驅動器;參數調整;調試
1 引言
數控設備的精度及運轉性能主要取決與其配套的伺服系統(tǒng)的參數設置，因而數控機床伺服系統(tǒng)參數的調整技術是設備調試過程中最為關鍵的環(huán)節(jié)，是一個值得我們進行深入分析和研究的重要內容。
現(xiàn)階段，由于數控產品市場競爭的日趨激烈，各品牌的數控設備制造商紛紛推出了具有個性化功能的伺服系統(tǒng)，因而針對不同廠家的數控系統(tǒng)，其伺服調整的方法也各自不同，為調試人員定量的評估設備參數調整效果帶來了極大的不便和困難，甚至有時會導致數控機床的動態(tài)性能失真，最佳的性能指標無法得到正常發(fā)揮，嚴重影響了數控設備的有效使用。
同時，由于伺服系統(tǒng)參數調整難度的增加，對調試人員的技術水平及經驗也有了一定的限制和要求，從一方面來講這也無疑增加了企業(yè)的成本投入。
在此背景下，本文作者設計開發(fā)了一套基于三菱系統(tǒng)及其伺服驅動器輸出功能的測試分析系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的應用不僅可以實現(xiàn)數控設備的運動過程參數采集，而且其內置的圖形交互功能，使伺服參數調整過程的可視化及對其調整效果的定量評估變?yōu)榭赡堋?/p>
2 三菱伺服系統(tǒng)的調整原理
三環(huán)式控制方式是三菱伺服系統(tǒng)所采用的關鍵控制原理，電流環(huán)、速度環(huán)及位置環(huán)是三環(huán)式控制結構中的基本組成。
其中，電流環(huán)能夠提高系統(tǒng)的加速性，在確保系統(tǒng)具有足夠的加速扭矩值的條件下，限制系統(tǒng)中的最大電流;而速度環(huán)的作用是抑制電流環(huán)的內部擾動及速度波動對系統(tǒng)產生的干擾，增強系統(tǒng)的抗擾動能力，保障系統(tǒng)正常、安全的運行;位置環(huán)則是整個伺服系統(tǒng)穩(wěn)定、性能運行的保障，它可以確保系統(tǒng)的靜態(tài)精度和動態(tài)根據性能在可控的范圍之內。
另外，由于設備自身的控制機制與用戶對伺服系統(tǒng)參數控制要求達到的效果具有一定的差異性，因而在伺服系統(tǒng)參數的調整過程中，應結合設備的工況條件，明確設備自身控制機制的特點，予以綜合考慮。
通常情況下，對于設備自身的伺服系統(tǒng)而言，當控制過程中出現(xiàn)內環(huán)比外環(huán)響應快的情況，則認為控制穩(wěn)定，確認伺服系統(tǒng)的參數調整合理。
而對于用戶而言，伺服系統(tǒng)的參數調整是一個復雜的決策過程，在這一過程中，要考慮增益情況對系統(tǒng)的響應速度、穩(wěn)定性及抗噪能力的影響，要在確保數控系統(tǒng)整體性能的條件下，調整系統(tǒng)內的各項環(huán)路參數指標，使整個數控體系能夠達到協(xié)調和平衡的狀態(tài)。
3 伺服系統(tǒng)的構成
三菱伺服系統(tǒng)組成包括兩個方面：一是作為伺服調整對象的數控機床，二是用于伺服參數調整的測試系統(tǒng)。
3.1 數控機床
本文中涉及及討論的數控設備為三菱XH7132加工中心綜合試驗臺，此設備由機床和數控系統(tǒng)試驗臺兩部分組成，其可用于CNC技術培訓，也可用于數控加工。
3.2 測試系統(tǒng)組的構建
三菱MDS.R—V1V2伺服驅動器中內置有各種控制數據的D/A輸出功能。
通過特定的參數設置，可以輸出位置、速度、電流等信號，通過采集、分析這些信號，就可以了解數控機床的伺服性能。
該測試系統(tǒng)主要由計算機、數字示波器、1L1912接口板和SH21通訊線等組成。
利用采集到的機床運動參數信息，在計算機上計算、分析機床運動的速度跟隨誤差、位置跟隨誤差等，作為伺服參數調整的反饋信息，使得參數調整更加直觀，而且可以定量地評估調整誤差。
4 三菱數控系統(tǒng)伺服調整實驗及結果分析
數控系統(tǒng)伺服調整的一般步驟為：首先調整電流環(huán)參數(三菱電流環(huán)增益由電機和伺服單元的組合決定，按標準參數值設定參數)，然后調整速度環(huán)參數，最后調整位置環(huán)參數。
只有電流環(huán)和速度環(huán)的伺服參數設置合適，才能得到較高的位置環(huán)性能，數控機床的位置精度和跟隨精度才可能得到提高。
作者采用文中的測試系統(tǒng)，以速度環(huán)參數的調整為例進行實驗驗證。
4.1 速度環(huán)增益調整
三菱數控系統(tǒng)速度環(huán)參數調整應按照一定的標準流程進行。
速度環(huán)參數測試過程中，采用觀察指令速度和反饋速度的方法來確定伺服參數設置是否合適，伺服驅動器D/A接口輸出指令速度和反饋速度的參數設置也應按一定的參數設置原則進行。
速度環(huán)增益是決定伺服控制響應性的重要參數，對機床的切削精度和循環(huán)時間有很大影響。
需要說明的是：伺服系統(tǒng)的響應特性不僅與速度環(huán)增益有關，而且與系統(tǒng)負載慣量也直接相關。
因此在速度環(huán)參數調整前，要先測量傳動系統(tǒng)的負載慣量比，并設定慣量比相關參數。
文中的測試系統(tǒng)也可以用于機械傳動系統(tǒng)負載慣量比的測定，具體測試方法不再贅述。
4.2 結果分析
對數控機床X軸的伺服系統(tǒng)分別設置兩組速度環(huán)參數，基于這兩組速度參數，數控機床X軸將依據一定的電機運動速度指令曲線進行快速進給運動，在運動過程中可分別采集實際速度輸出信號，并繪制速度誤差曲線，進行詳細的分析可得出，不同的速度環(huán)參數對速度跟隨誤差影響較大，采集觀察電機運動指標曲線不僅可以了解其伺服性能優(yōu)劣，還可以根據觀測到的速度曲線進行速度環(huán)參數的調整，從而實現(xiàn)參數調整過程的圖形交互。
5 結語
在工程實踐中，由于數控機床伺服系統(tǒng)的特殊性和復雜性，其參數調整已經成為困擾著眾多調試人員的難題，時常導致工業(yè)現(xiàn)場出現(xiàn)大量數控機床的伺服無法正常工作的情況，嚴重影響了企業(yè)的生產效率。
而從另一方面也可以看出，數控機床伺服系統(tǒng)參數的調整確是一個復雜而耗時的過程，加之各品牌廠家的技術保護政策，致使現(xiàn)場使用人員無法對伺服的性能進行了解和調試。
因而本文針對現(xiàn)有數控設備開發(fā)設計的伺服參數調整測試系統(tǒng)，不僅為工業(yè)現(xiàn)場的一線調試人員提供了可靠的技術支持，而且其對于數控設備運動指標參數的可視化操作也為更加直觀的分析和評價伺服性能調整效果提供了堅實的理論依據，具有非常重要的現(xiàn)實意義和借鑒作用。
參考文獻：
[1]馮曉斌，三菱數控系統(tǒng)的調試，機械工程師，2005(3)
[2]許立峰，伺服調整教程，電子工業(yè)出版社，2006.9
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