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三菱數控系統伺服參數調整技術
三菱數控系統伺服參數調整技術
【摘 要】本文從三菱伺服系統的原理入手，并參照三菱數控系統伺服驅動器的結構特性，開發設計了一套用于調整三菱數控系統伺服的測試分析系統，并利用此系統進行了三菱數控系統伺服參數調試方法的分析和研究工作。
與傳統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，而且通過現場調試及試驗論證發現，圖形反饋信息系統的使用，可以使大幅提高三菱數控系統伺服參數調試過程的效率和精度。
【關鍵詞】原理;數控系統伺服驅動器;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的參數設置，因而數控機床伺服系統參數的調整技術是設備調試過程中最為關鍵的環節，是一個值得我們進行深入分析和研究的重要內容。
現階段，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，因而針對不同廠家的數控系統，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性能失真，最佳的性能指標無法得到正常發揮，嚴重影響了數控設備的有效使用。
同時，由于伺服系統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的成本投入。
在此背景下，本文作者設計開發了一套基于三菱系統及其伺服驅動器輸出功能的測試分析系統，這套系統的應用不僅可以實現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為可能。
2 三菱伺服系統的調整原理
三環式控制方式是三菱伺服系統所采用的關鍵控制原理，電流環、速度環及位置環是三環式控制結構中的基本組成。
其中，電流環能夠提高系統的加速性，在確保系統具有足夠的加速扭矩值的條件下，限制系統中的最大電流;而速度環的作用是抑制電流環的內部擾動及速度波動對系統產生的干擾，增強系統的抗擾動能力，保障系統正常、安全的運行;位置環則是整個伺服系統穩定、性能運行的保障，它可以確保系統的靜態精度和動態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而言，當控制過程中出現內環比外環響應快的情況，則認為控制穩定，確認伺服系統的參數調整合理。
而對于用戶而言，伺服系統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的響應速度、穩定性及抗噪能力的影響，要在確保數控系統整體性能的條件下，調整系統內的各項環路參數指標，使整個數控體系能夠達到協調和平衡的狀態。
3 伺服系統的構成
三菱伺服系統組成包括兩個方面：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。
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 三菱數控系統伺服調整實驗及結果分析
數控系統伺服調整的一般步驟為：首先調整電流環參數(三菱電流環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)，然后調整速度環參數，最后調整位置環參數。
只有電流環和速度環的伺服參數設置合適，才能得到較高的位置環性能，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，以速度環參數的調整為例進行實驗驗證。
4.1 速度環增益調整
三菱數控系統速度環參數調整應按照一定的標準流程進行。
速度環參數測試過程中，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時間有很大影響。
需要說明的是：伺服系統的響應特性不僅與速度環增益有關，而且與系統負載慣量也直接相關。
因此在速度環參數調整前，要先測量傳動系統的負載慣量比，并設定慣量比相關參數。
文中的測試系統也可以用于機械傳動系統負載慣量比的測定，具體測試方法不再贅述。
4.2 結果分析
對數控機床X軸的伺服系統分別設置兩組速度環參數，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劣，還可以根據觀測到的速度曲線進行速度環參數的調整，從而實現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，時常導致工業現場出現大量數控機床的伺服無法正常工作的情況，嚴重影響了企業的生產效率。
而從另一方面也可以看出，數控機床伺服系統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。
因而本文針對現有數控設備開發設計的伺服參數調整測試系統，不僅為工業現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，具有非常重要的現實意義和借鑒作用。
參考文獻：
[1]馮曉斌，三菱數控系統的調試，機械工程師，2005(3)
[2]許立峰，伺服調整教程，電子工業出版社，2006.9
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