驱动优化在提高系统动态特征中应用.docVIP

驱动优化在提高系统动态特征中应用 　　一．驱动优化的必要性 　　在模具的高速数控加工中，要求数控机床的系统有良好的动态和静态特性。一般在机床调试时系统会给定一组相应轴的默认参数，但这些参数一般是为了保证系统正常运行的比较保守参数，驱动优化的目的是在现有的基础上尽可能提高系统的动态性。 　　从数控机床的传动机构看，驱动电机的输出传递到工作台上时要经过中间一些传递环节，实际上在传递环节中存在许多弹性环节，所以,一个近似的传递环节可以简化为一个线性环节和一个弹性环节的组合，并且弹性环节部分的频率常常是许多频率组合起来的。这样在传递环节的输出部分，有的输入会被压抑，从而降低系统的动态特性，而有的输入则会被放大，也就是俗称的“共振”。这些共振是造成机床不稳定的致命因素，而驱动优化的大部分工作就是找出这些共振点，通过加电子滤波器的方法??抑制这些共振，增加系统的稳定性，提高系统的的动态特性。 　　从系统组成看，驱动轴是由电流环，速度环和位置环组成，一般来说位置环是一个简单的比例调节器，调节简单，电流环和速度环是由比例积分调节器组成，是驱动的核心部分，因而速度环又是驱动优化的调整重点。驱动优化的关键是提高速度环比例环节的增益，降低积分环节的时间常数，从而提高速度环的动态特性。 　　 　　二、驱动优化前的准备 　　驱动优化过程是通过波特图的形式找到驱动的一些共振点，通过增加电子滤波器的方法来消除这些共振点，最终为增加增益和降低时间常数创造条件。对于西门子840D系统而言，下面几个参数直接影响到驱动性能的好坏。MD 10050 系统周期，也即是系统的主频，系统的所有的工作都在这个频率下工作。MD 10070 系统插补周期，系统在插补运行时的时间周期。这两个参数直接影响到位置环响应的快慢，越快对系统性能的提高越有好处，但同时也会增加系统的负担，当调整上面参数以后，要到诊断画面下选择系统资源，确认系统负荷的大小，一般情况下系统的负载在静止状态下不宜超过40%。否则,系统会容易死机。MD 1000 电流环时间常数，MD 1001 速度环时间常数，当上述参数确定后，即可以进行速度环优化。 　　 　　三、速度环优化 　　首先,增加驱动环的增益值到一定数值，使电机发出啸叫声，然后在启动画面里选择“速度环测量”选项。 　　在测量时要输入测量参数（如:外加信号的幅值，测量时间，测量的平均次数及测量时信号的频率范围），一般情况下选用标准参数即可，如有必要可以对测量的幅值进行调整，测量时以电机的噪音为参考，噪音不要太大，太大会损伤机械，而太小又影响测量的精度。 　　当测出速度环的波特图时，尽可能增加速度环的增益值（MD1407），若在低频段（小于200赫兹）时的波形就不好，则可以适当调整速度环的时间常数（MD1409），一般情况下，MD 1409采用系统的默认值即可。增加MD 1407的值到一定数值时，波特图上会出现超过3dB的尖峰，移动光标能测得尖峰最高点的频率，尖峰的宽度，记录下来后，找到驱动参数，设置电子滤波器。MD 1200 电流环滤波器生效个数， 系统最多提供四个滤波器，一般是从第二个滤波器以后开始使用。MD 1201 电流环滤波器的特性，第0位对应第一个滤波器的特性，0表示低通滤波器，1表示带阻滤波器，依次类推，第3位对应第4个滤波器的特性。MD 1202 滤波器1的拐点频率（该参数仅对低通型滤波器有效）。 MD 1210 滤波器1的阻断频率（该参数仅对带阻型滤波器有效）。MD 1211 滤波器1的带阻宽度（该参数仅对带阻型滤波器有效）。滤波器2、3、4的特性与第1个滤波器相似，不再赘述。 　　由于受测量精度的影响，有时需要反复测量，再反复调整增益值和滤波器的参数设置，直到波特图的特性令人满意为止。 　　用波特图的方法设置MD 1407和MD 1409合适的值以后，需要用另外的测量方法来验证它们的值的合理性，用阶跃响应来验证MD 1407的值是否合适，用扰动响应来验证MD 1409的值。 　　阶跃响应是给速度环突然外加一个给定，看速度环是否马上能响应这个给定。响应时间越短说明系统的动态特性越好，速度环允许有不超过20%的超调，好的速度环响应时间短，超调不超过给定的20%，并且超调后马上就趋于稳定（注意超调虽然对提高动态特性有帮助，但同时会对加工工件的表面光洁度有负面影响）。没有超调可能会降低系统的动态特性，说明增益值过低，而超调过多或者是超调后需要几个振荡后才能趋于稳定，这说明增益值有点高，有时为了观察方便可以使速度环的积分环节无效，即令MD1409=0，但这时观察阶跃响应图时，超调要适当降低，不能超过10%，同时会发现当速度趋于稳定后，速度的实际值和设定值有一个不能消除的固定的误差，这就是积分环节没有生效的效果。