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840D sl系统-驱动优化

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发表于 2020-11-22 22:54:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
使用 Sinumerik Operate 的自动伺服优化功能,通过一系列对话画面,实现单个轴和插补轴
组的自动优化。使用测量和伺服跟踪功能,检查伺服优化结果和轴动态特性。
本节主要通过V4.7 SP3版本的 Sinumerik Operate 软件演示以下功能:
· 单轴自动优化
· 插补轴组优化
· 检查或修改速度环或位置环的优化结果
· 检查或修改插补轴组的优化结果
· 生成优化报告(单轴和插补轴组)
· 保存优化结果
· 重新载入优化结果
· 电流环测量
· 速度环测量
· 位置环测量
危险:
驱动优化时需要注意安全,如利用行程限位监控等措施来保证在优化时的人身和机床的安全,
这一点尤其要给予 重视。特别是垂直轴的安全保护。
1、驱动优化的说明
当机床使用缺省设定不能满足要求时,需要进行驱动优化,主要步骤如下:
· 利用自动伺服优化功能优化单个轴
· 使用测量功能和跟踪功能检查和设定轴特性
· 利用插补轴组优化功能优化插补轴
· 使用圆度测试功能调整和匹配插补轴间的关系
· 通用数据,通道数据和轴数据调整 手动优化单个轴的顺序是:电流环、速度环、位置环、
跟踪以及圆度测试。
如果机床或轴是首次进行优化,建议采用鲁棒性方案的优化,无需后续手动调整。这样确保了在未手动优化的情况下,轴也能正确运行,控制器能正确设置。现在轴可进行试车、对齐等。第二步,再次执行优化,但现在是采用预期方案的带实际负载的机床(例如安装有卡盘和可能的工件)。不带任何负载时,机床可能正好符合无负载运行,但是带有卡盘和工件时则不稳定,则可进行手动优化调整。
2、自动优化选项设置和方案选择
2.1选项设置
在对话屏幕“选项轴”中可通过软键“选项”控制自动伺服优化的过程。


2.2选择方案
方案设置分为三部分:轴(一般方案设置)、转速(转速控制器)和位置(位置控制器)。
1)预定义方案
在对话屏幕中可通过软键“选择方案”选择单轴优化预定义方案。

位置环优化方案选择

轴优化方案102

速度环优化方案选择

速度环优化方案303

位置环优化方案选择

位置环优化方案203
单轴优化有三种预定义的方案:
快速控制:速度控制器和位置控制器以最大增益和最低稳定性进行优化,较小的幅频和相频裕量,特别适用于高定位精度或高加工转速的机床,但是控制的鲁棒性通常会降低并且当机械系统中或负载中发生变化时,轴会变得不稳定;
正常控制:速度控制器和位置控制器以80%的最大增益和良好的稳定性进行优化,较多的幅频和相频裕量,适用于中小型机床,用于标准应用,它代表动态控制响应和鲁棒设置的折中。
稳定控制:最大化幅频和相频裕量,适用于用于轴机械或负载量变化较大的机床,所用组件需要较大公差时和后续生产中或当质量(例如:用于旋转工作台)变化较大时使用。
推荐使用缺省方案为102,303,203。
2 ) 自定义方案
在对话屏幕“选择优化方案”中可通过软键“自定义”,可自定义轴方案、速度环方案、位置环方案。
自定义轴优化方案:

自定义速度环优化方案:

自定义位置环优化方案:

3、单轴自动优化操作步骤
经验值:在自动优化前,需设置以下参数
优化旋转轴时,设置位置环增益MD32200=20,前馈关闭MD32620=0,速度环增益、积分设置为合适的值;
优化直线轴时,设置位置环增益MD32200=4,前馈关闭MD32620=0,速度环增益、积分设置为合适的值;
1)在对话屏幕“选择轴”中使用光标键选择需要优化的轴(以优化旋转轴A轴为例)

2)在对话屏幕“优化方案”中选择优化方案(以自定义优化方案为例)

轴优化方案
备注:当轴优化方案中不选择优化位置环时,位置环不进行优化,位置环优化页面设置无效,位置环相关参数直接在轴参数中进行设置。

转速环优化方案
参数说明:
优化程序:根据指定的稳定限值确定控制器增益(Kp)和 积分时间(Tn)设置
0:最大稳定性
1:最大进取性
振幅/相位裕度:控制回路的稳定性标准。值越高,越稳定。
最小积分时间: 防止 AST 设置积分时间太小。如果确定值低于最小积分时间,则会使用该值代替确定值。这能提供更高的稳定性,尤其是在质量变换时(例如:优化机床的主主轴)。
最大带宽:动态控制器响应限制。
预留:表示保留设置的滤波器,优化过程中不进行更改;

位置环优化方案
备注:当轴方案中未选择优化位置环时,位置环优化方案中设置无效
参数说明:
增益系数下调系数:由 AST 计算的最大 Kv 系数(=位置控制器增益)降低指定的值。 最大 Kv 系数为突然激发后,位置控制回路刚好不会超出的时候的值。
Kv 上限:Kv 值的绝对限制。限制增益,以便达到较好的位置故障阻尼响应并应对机械系统中的变化。
前馈类型:前馈控制用来降低精加工组件上的轮廓偏差。通过前馈控制可以更快、更有效地达到设定值。 可以选择两种前馈控制:转速前馈控制和扭矩前馈控制。
加加速度滤波器:建议用于模型制造应用。对表面进行尽可能均匀地加工是非常重要的。可由滤波器降低快速设定值变化并能避免振幅感应。滤波器时间常数(AX_JERK_TIME)必须由用户手动设置。
预留:表示保留设置的滤波器,优化过程中不进行更改;
3)按下“确认”
4)在对话屏幕“选择轴”中按下“优化”
5)确认选择的优化方案
6)在对话屏幕“轴停止位置”中将机床轴移动至安全位置

自动伺服优化以分析测量为基础,测量需要运行轴,须确保所有的轴都处于安全的位置,并且不会发生碰撞。
7)按下“启动测量”开始进行优化

根据提示按下MCP上的“CYCLE START”键启动测试,HMI上显示优化过程中的测试曲线,可在自动伺服优化的任意步骤中按“RESET”中断优化进程,优化中断后将会恢复启动优化前的原始数据.
8)优化进行中



9)如果优化进程中对控制回路进行了调整,结果显示在“控制器数据概览”对话屏幕

位置环控制器参数

位置环波特图

速度环控制器参数1

速度环控制器参数2

速度环波特图

速度环波特图
紫色曲线表示理论计算的曲线图,蓝色表示实际测量的曲线图;
说明:可以修改和检查结果,并且接收或者拒绝自动优化调整的参数。
10)按下“接收”保存自动优化调整的结果,优化的结果可保存为文件或者优化报告,优化结果和报告存储在 ‘系统数据/HMI数据/日志/优化’ 目录下。
11)自动优化后自动开启的有效滤波器

电流设定值滤波器1-低通滤波器(PT2)

电流设定值滤波器2-带阻滤波器

电流设定值滤波器3-带阻滤波器
滤波器对象的驱动参数

4、插补轴组优化
4.1插补轴组优化方案,在对话屏幕“插补轴组”中通过软键“选择方案”选择插补轴组优化预定义方案

插补轴组优化有三种预定义调整方案:
1102:对于所有轴采用最大等效时间常数(MD32800或MD32810),适当减小Kp以匹配插补轴组;
1103:对于所有轴采用最大等效时间常数(MD32800或MD32810),以匹配插补轴组;
1104:通过自定义方案匹配插补轴组;
1105:通过保持各自的等效时间,但使用动态匹配因素(MD32910或MD32895),推荐使用方案1105;
说明:只有在单个轴都经过AST优化之后才可做插补轴优化,和单轴优化类似,插补轴组优化结果可保存到文件或生成报告。
4.2插补轴组优化的原则
在 SW4.5 版本时,要求位置环增益一致(按最小的 MD32200),而 SW4.7 版本允许不同的 Kv
值,而采用 MD32910 或 MD32895 等延时的方式来进行匹配,实际应用中,直线轴设置相同的位置环增益,AC旋转轴设置相同的位置环增益。
前馈方式一致(速度前馈或力矩前馈):相同的 MD32620。
前馈时间常数可以不一致(速度前馈或力矩前馈)。
对于速度前馈, 参考模型须一致;而对于力矩前馈,参考模型可以不同。
动态刚性控制 DSC 一致:相同的 MD32640。
5、测量功能
使用测量功能检查各轴伺服优化的结果。
Operate 提供一系列测量和伺服跟踪功能,可在屏幕上以图形显示各个控制环(电流环,速度环,
位置环)的时域特性和频域特性,以及轴定位误差,负载利用率等。
测试的前提条件:
选择正确的操作方式(JOG,MDA 或 AUTO)
合适的测量参数测试时,可以选择下述任何一种方法中止测试:
触及硬件限位开关、超过运行范围限制、急停、复位(模组,通道)、驱动使能被取消、进给倍率 = 0%、导致轴停止的报警。
5.1电流环
当所使用的电机为第三方电机或直驱(1FN/1FW/1FE)电机时,在正常使用前,必须测量电流环调
节回路。
危险:
电流环测量时,电机不出力,轴会不受控运动!在无外部重力平衡的轴(如垂直轴),需要额
外的安全措施(例如 轴的安全夹紧),在 V4.7 SP3 及更高版本系统软件中,可以保留激活的
速度控制器,这样使得电机在原位保持。
1)测量步骤
选择测量类型,如参考频率响应


选择软键 “ “ 测量参数”, 可使用推荐值 , 或者自定义

说明:
a 一般测试都不用plc控制;
b 幅值3%是电机力矩的百分比;
c 宽带与驱动电流环周期相关:
电流环周期是125us,则宽带最大可设4000Hz
电流环周期是62.5us,则宽带最大可设8000Hz
d 重复次数越多测试结果越准,但测试时间越长
选择软键“测量”,根据提示操作,测量结束显示测量结果

根据优化测试结果,可以对电流环增益进行调整,原则是:
a 幅频曲线中,曲线尽量靠近0db线,频率1000hz内应该不超过0db线,,并且频率越高越好;
b 相频曲线-180点应该在1000hz以上;
注:电流环参考频率响应不允许超调。
2)相关参数

5.2速度环
速度环优化包括参考频率响应、设定点阶跃响应、扰动阶跃响应、速度控制系统以及机械部件的频率响应等多种测试手段。其中参考频率响应是最主要的测试,由它决定速度环的增益Kp(MD1460)和积分时间常数Tn(MD1462),如果需要设置电流设定点滤波器;
速度环增益默认值是基于电机的型号(一般转矩越大的电机默认的速度环增益越大),速度环积分时间默认是10ms,通常来说增益默认值比较小,积分时间默认值比较长,这是保证电机被安装到机床后,不会产生啸叫,而后再根据实际情况调整。
1)测量步骤
选择测量类型,如参考频率响应


选择软键“测量参数”,可选择推荐值或者自定义

备注:直线轴测量参数中,幅值设置为20mm/min,偏移量设置为40mm/min;幅值的设置本着从小到大的原则,过大的幅值会导致机械损坏。
选择软键“测量”,启动测量,根据提示操作

测量结束,显示测量结果

根据优化测试结果,可以对速度环增益和积分时间进行调整,必要时设置电流设定值滤波器,原则是:幅频曲线中,曲线尽量靠近0db线,频率100hz内应该不超过+3db线,并且频率越高越好。
速度环参考频率响应允许超调+3db,速度环参考频率响应的共振点尖峰突起,可通过电流设定值滤波器(p1656到p1676)来进行抑制,从而可进一步提高速度环增益。200HZ以下不加滤波器。



滤波器对应驱动器参数

2)相关参数

5.3位置环
位置环主要进行的是参考频率响应测试,用于决定位置环的增益Kv(MD32200)。
1)测量步骤
选择测量类型,如参考频率响应


选择软键“测量参数”,可使用推荐值或者自定义

备注:直线轴测量参数中,幅值设置为0.005mm,偏移量设置为40mm/min;
选择软键“测量”,启动测量,按提示操作

测量结束,选择测量结果

根据优化测试结果,可以对位置环增益进行调整,需要时设置速度设定值滤波器,原则是:幅频曲线中,曲线尽量靠近0db线,频率10hz内应该不超过0db线,并且频率越高越好。
使用伺服跟踪功能检查轴在阶跃响应时的过充与稳定,加加速度限制用于平滑加速度。
使用动态刚性控制时,测量系统反馈极性MD32110必须为1。如果需要取反测量系统反馈极性,可修改驱动参数P0410。
2)相关参数

驱动优化是个需要经验的工作,在掌握一般原理和参数设定的情况下,需要长期的测试与摸索总结,才能得到非常好的效果,进而发现机械部分的问题所在。驱动优化实际上是优化的整个驱动系统(包括驱动、电机、机械系统、反馈系统)的配合,而且其中起决定作用的是机械系统。
本节内容参数值根据经验所得,仅供参考!

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