基于菲仕伺服驱动器优化调试的研究 (2).pdf

数控机床通常包含了数控系统、伺服驱动器、伺服电机以及机械部件等。在前

期方案设计时，为了使数控机床的加工精度及效率达到最优，需要选择适合运动规

划需求的数控系统和满足机械特性需求的电机。伺服电机虽然是直接执行部件，但

和数控系统一样，自身无法直接驱动机械部件运动，均需要通过伺服驱动器来实现

最终的运动控制需求。

然而，不同的运动规划和加工工艺，对于驱动器参数的调试影响很大；不同

的机械结构和加工误差，对驱动器的滤波处理等参数有不一样的需求。所以，为

了最终能同时实现更好的加工精度和更快的加工效率，在设备调试过程中，尤其

是在对批量机床的参数统一化过程中，对伺服驱动器的优化便显得尤其重要。

菲仕伺服驱动器的介绍及特征

全新的AxN系列通用伺服驱动系统（图1）是菲仕自主创新的必威体育精装版成果。它

是菲仕中国吸收了意大利菲仕15年运动控制经验后，结合8年中国市场实践，

自主研发，为中国制造业转型升级而专门打造的全新一代高性能伺服驱动器。其

电流输出能力覆盖15A到150A，可使用CANopen、EtherCAT和Modbus等多种现

场总线，支持海德汉ENDAT2.2编码器、西克Hiperface编码器、正余弦编码器、

数字增量式编码器和霍尔传感器多种主流编码器。

图1AxN系列通用伺服驱动系统

AxN全数字交流伺服驱动器主要特性：⑴更紧凑的外形。对比上一代产品，

体积缩小16%～20%，重量减轻25%～35%。⑵更灵活的安装。支持柜内安装、穿

墙安装和冷却板安装，穿墙安装时散热器外置，无需在电气柜内安装空调等降温

设备，更节约成本；冷却板安装时支持外置水冷，帮助驱动器发挥优异性能。⑶

更智能的运行。驱动器内置PLC，编程符合IEC61131-3标准，可在多种应用场

合脱离上位机直接运行，实现电子凸轮、电机参数自适应等多种功能，节约成本。

⑷更稳定的品质。出厂前经过振动、短路、高低温、过载等9大严格测试，确保

AxN系列驱动器能在多种恶劣环境下稳定运行。

菲仕伺服驱动器的优化方法

伺服驱动通常均是由位置环、速度环和电流环组成，伺服系统的控制及反馈

如图2所示。一般来说，位置环只是一个简单的比例调节器，因而调节起来比较

简单。速度环和电流环的组成均是比例积分调节器，均是驱动的核心部分，而电

流环PID参数一般都是在驱动器内部设定好的，使用者不需要更改，因此速度环

PID调试的优劣，便成了驱动优化调整的重点，也成了整个机床性能的关键。从

运动控制原理上来看，PID控制器由比例控制、积分控制和微分控制组成，其传

递函数为Gc(s)=kp+ki/s+kds。比例控制器的作用是调节系统的开环增益，

提高系统的稳态精度，加快响应速度；积分控制器的作用是提高系统的型别，消

除或减小系统的稳态误差，使系统的稳态性能得到改善，由于积分控制器是靠对

误差的积累来消除稳态误差的，势必会使系统的反应速度降低。菲仕驱动器利用

其自带的示波器软件，通过给定位置、实际位置、给定速度、实际速度、跟随误

差、电流曲线等对位置环和速度环进行PID优化，使数控机床达到最优的精度及

效率，而位置环的优化以及驱动器中常用参数的设置对不同机械传动机构的性能

也起着非常重要的作用。

图2伺服系统的控制及反馈

速度环的优化

速度环的优化是整个驱动优化的重点，优化的关键目标就是提高速度环的动

态特性。提高速度环比例控制器的增益和降低积分控制器的时间常数，均可以提

高伺服的动态特性，但盲目地提高增益或降低积分常数，不但不能提高动态特性，

反而会带来振动或异响，甚至降低效率。所以优化出适合机床的PID参数，通常

通过如下的步骤：先增大速度环增益直到出现啸叫声，此时采集到的电流波形会

出现振荡，如图3所示；再降低速度环增益直到电机的啸叫声以及电机的振动声

消失，从而找到临界值；速度环增益调整后再调整速度环积分时间，通过减少速

度环积分时间常数提高系统的稳定性。

图3电流振荡

波形速度环主要优化的参数有增益和积分时间常数，菲仕驱动调试软件中对

应的参数分别是27016速度参考增益、27017速度反馈增益、27014积分增益，

如图4所示。

图4速度环参数

相较于其他常见品牌的驱动参数设置，菲仕驱动将参考和反馈参数区分开放，

可以满足特殊工况的控制需求，而对于常见的定位或轨迹运动数控机床，仅需