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浅析FANUC数控系统的伺服调整
来源:中国数控机床网   发表时间:2020/11/18 19:17:00  浏览次数:
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伺服调整分为两部分,即调整形状轮廓误差和抑制机械振动。下面介绍FANUC数控系统伺服调整时涉及的一些参数(在实际机床中通过SERVOGUIDE软件调整)。FANUC数控系统伺服参数的设定分为固定值和可变值,在伺服参数初始化时,固定值的参数便可确定,可变值的参数要在伺服调整时确定。

一、调整形状轮廓误差

1、三环控制

数控系统的伺服控制多采用位置环、速度环及电流环等三环控制(图1),各环作用如下。

(1)位置环。接收数控单元(NC)的移动指令脉冲(Mcmd)与位置反馈脉冲比较运算,准确控制机床定位。

(2)速度环。接收位置环传入的速度指令(Vcmd),进行加减控制,抑制振荡。积分项(PK1V/S)对应参数2043,在伺服画面中为INT.GAIN项;比例项(PK2V)对应参数2044,在伺服画面中为PROP.GAIN项。

(3)电流环。通过转矩指令(Tcmd)并根据实际负载的电流反馈状态对放大器实施脉宽调制(PWM),输出转矩随负载转矩的变大而变大,反之亦然。

速度环和粗糙有关,位置环和轮廓形状有关,即调试或加工过程中出现问题,排除机械原因外,若从伺服控制的角度解决问题,粗糙度不良应调整速度环的参数;若出现轮廓形状误差变大,则应重点调整位置环。

2、速度环参数调整

速度环中最关键的参数是负载惯量比,其在0系统和18i、16i、0i系统中分别对应的参数是8X21和2021。在伺服调整画面中,负载惯量比以速度增益(VELOCGAIN)形式出现。速度环的增益与负载惯量比的关系为设定值=[(负载惯量比+256)×100]/256,无负载时,负载惯量比为0,因此速度增益为100;负载与电机惯量相同时,负载惯量设为256,这种状态称为惯量匹配,此时速度增益为200。速度增益应尽量设高一些,一般设为200。通过增大速度增益,可提高伺服刚性和伺服响应性,解决振动和粗糙不良等问题,但是过大的设定值会引起机床振动。

3、位置环参数调整

位置环和轮廓开关精度有关,实际中加工一个圆,伺服调整软件SERVOGUIDE通过测圆修正形状轮廓误差。在位置环中调整形状轮廓误差时,涉及到以下一些调整。

(1)前馈的调整。从数控系统发出指令到伺服系统驱动电机运动,这个过程会有一个滞后。伺服系统的滞后产生形状误差,圆弧切削时的实际机械位置与程序指令存在差异,前馈的功能就是减小形状误差,即电机先于指令动起来,使电机有一个提前运动量,以克服伺服系统的滞后。?0系统中参数8X05#1(第一位)值设为1,前馈功能有效;设为0,前馈功能无效。‚前馈的调整主要是调整前馈参数(FALPH),0系统中对应参数是8X68,16i、18i、0i系统中对应参数是2068,取值范围9000~10000。AIAPC(精细加工)、AICC(精密轮廓控制)加工中对应参数2092。每次调整值以200递增。0系统中X值为1、2、3、4时,分别对应第1轴、第2轴、第3轴、第4轴。

(2)各轴插补后切消进给的加减速时间常数的调整。如果值选取小,轴启动时加速度会急剧变化,容易出现冲击。取值范围一般从24开始设定,单位是ms,每次以8个单位递加,如32,40等。普通加工情况下,0系统和16i、18i、0i系统对应参数分别是0635和1622,16i、18i、0i系统的AICC、AIAPC中调整参数1768。

(3)各轴伺服环增益的调整。在伺服调整画面中显示为LOOPGAIN(响应时间,取值范围3000~5000,单位0.01s-1),该参数很重要,环路增益越大,则位置控制的响应越快,形状误差变小,但如果过大,系统将不稳定,产生振动。0系统和16i、18i、0i系统对应参数分别是517和1825。

(4)反向间隙加速功能的调整。在机械系统中,如果反向间隙及摩擦很大,会造成电机反向时滞后,在圆弧切削时产生象限突起,即加工圆时在0°、90°、180°270°四处产生突起,除做反向间隙补偿外,还可使用反向间隙加速功能,相关参数如下:?反向间隙加速功能有效。0系统参数8X03的#3(第三位)和16i、18i、0i系统参数2003的#3(第三位)均设为1。‚反向间隙加速量。0系统和16i、18i、0i系统对应参数分别是8X48和2048,设定值范围50~400,一般设为100。ƒ反向间隙加速时间。0系统和16i、18i、0i系统对应参数分别是8X71和2071,一般设为20。

二、抑制机械振动

需要根据系统是全闭环还是半闭环分别处理,半闭环的位置检测信号来自伺服电机的编码器,全闭环的位置检测信号来自光栅尺或磁尺。

1、系统半闭环时抑制振动的方法

(1)调整250μs加速度功能。加速度反馈功能是用软件对电机的速度反馈信号微分而得到加速度,再将该值乘以加速度反馈增益以补偿转矩指令.抑制速度环的振荡。实际是估算机械负载,将估算值加到反馈中。适用情况:①电机与机械负载弹性连接。②机械惯量比电机惯量大。O系统和16i、18i、0i系统对应参数分别是8x66和2066,设定值一1—20。

(2)使用HRv滤波器(最常用)。使用HRv滤波器可抑制某种频域的振动,即过滤掉某些特定频率的振动。FANUC0li系列伺服控制器采用HRV1~HRV4高响应矢量控制技术,提高了伺服控制的刚性和跟踪精度,适合高精度轮廓加工。HRVl、HRV2、HRV3、HRV4电流环响应速度依次越来越快。

HRV滤波器中涉及的相关参数:①中心频率,产生振动时频率的中心部分。16i、18i、0i系统对应参数是2113.0系统没有对应参数。②带宽,振动时频率的范围,常设为20。振动的中心频率和带宽必须要通过某种方法(如使用SERVOGUIDE软件或频率计等)检测出来。③阻尼值,对振动幅度抑制的程度,16i、18i、0i系统对应参数是2359,阻尼值常设为5%或10%,取值越小,抑制幅度大。

2.系统全闭环时抑制振动的方法

当电机与机床之间的转矩变化和间隙等较大时,如蜗轮蜗杆传动中.机床速度与电机速度在加减速时将会产生很大差异。可采用机械速度反馈功能,提前估算机床速度,加入到速度控制中,以稳定整个位置环的功能.相关参数如下。

(1)机械速度反馈功能有效信号(MSFE)。0系统8X12的#1(第1位)和16i、18i、Oi系统2012的#1(第l位)均设为l。

(2)机械速度反馈增益(MCNFB)的设定。①0系统。0系统参数是8x88,McNFB=(a×4096×8192)/电机旋转一圈由光栅栏尺或磁尺发出的脉冲数,a取值范围0.3~1.0。②16i、18i、0i系统。16i、18i、0i系统参数是2088。参数2012#l=1时机械速度反馈有效;参数2叭7#7=l时,使用速度环比例项高速处理功能,参数2088设为正值;参数2017撑7=0时,2088中设为负值;柔性齿轮比N珊(对应参数2084,2085)为1时.2017#7=1,参数2088取值30~100,2017#7=0,参数2088取值-30~100;柔性齿轮比N,M(对应参数2084/2085)不为1时,2017#7=I,参数2088取值3000~10000,2017#7=0,参数2088取值-3000~10000。

速度环比例项高速处理功能是将速度环的比例项移到电流环中,相当于提高了响应速度,即提高了速度环的指令跟踪性,降低了干扰转矩的影响,提高了伺服刚性。

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