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三菱数控系统伺服参数调整技术
三菱数控系统伺服参数调整技术
【摘 要】本文从三菱伺服系统的原理入手，并参照三菱数控系统伺服驱动器的结构特性，开发设计了一套用于调整三菱数控系统伺服的测试分析系统，并利用此系统进行了三菱数控系统伺服参数调试方法的分析和研究工作。
与传统的伺服调整过程相比，这套基于测试分析理论的伺服参数调整技术，增加了能够对伺服过程进行及时反馈及补充的图形交互功能，而且通过现场调试及试验论证发现，图形反馈信息系统的使用，可以使大幅提高三菱数控系统伺服参数调试过程的效率和精度。
【关键词】原理;数控系统伺服驱动器;参数调整;调试
1 引言
数控设备的精度及运转性能主要取决与其配套的伺服系统的参数设置，因而数控机床伺服系统参数的调整技术是设备调试过程中最为关键的环节，是一个值得我们进行深入分析和研究的重要内容。
现阶段，由于数控产品市场竞争的日趋激烈，各品牌的数控设备制造商纷纷推出了具有个性化功能的伺服系统，因而针对不同厂家的数控系统，其伺服调整的方法也各自不同，为调试人员定量的评估设备参数调整效果带来了极大的不便和困难，甚至有时会导致数控机床的动态性能失真，最佳的性能指标无法得到正常发挥，严重影响了数控设备的有效使用。
同时，由于伺服系统参数调整难度的增加，对调试人员的技术水平及经验也有了一定的限制和要求，从一方面来讲这也无疑增加了企业的成本投入。
在此背景下，本文作者设计开发了一套基于三菱系统及其伺服驱动器输出功能的测试分析系统，这套系统的应用不仅可以实现数控设备的运动过程参数采集，而且其内置的图形交互功能，使伺服参数调整过程的可视化及对其调整效果的定量评估变为可能。
2 三菱伺服系统的调整原理
三环式控制方式是三菱伺服系统所采用的关键控制原理，电流环、速度环及位置环是三环式控制结构中的基本组成。
其中，电流环能够提高系统的加速性，在确保系统具有足够的加速扭矩值的条件下，限制系统中的最大电流;而速度环的作用是抑制电流环的内部扰动及速度波动对系统产生的干扰，增强系统的抗扰动能力，保障系统正常、安全的运行;位置环则是整个伺服系统稳定、性能运行的保障，它可以确保系统的静态精度和动态根据性能在可控的范围之内。
另外，由于设备自身的控制机制与用户对伺服系统参数控制要求达到的效果具有一定的差异性，因而在伺服系统参数的调整过程中，应结合设备的工况条件，明确设备自身控制机制的特点，予以综合考虑。
通常情况下，对于设备自身的伺服系统而言，当控制过程中出现内环比外环响应快的情况，则认为控制稳定，确认伺服系统的参数调整合理。
而对于用户而言，伺服系统的参数调整是一个复杂的决策过程，在这一过程中，要考虑增益情况对系统的响应速度、稳定性及抗噪能力的影响，要在确保数控系统整体性能的条件下，调整系统内的各项环路参数指标，使整个数控体系能够达到协调和平衡的状态。
3 伺服系统的构成
三菱伺服系统组成包括两个方面：一是作为伺服调整对象的数控机床，二是用于伺服参数调整的测试系统。
3.1 数控机床
本文中涉及及讨论的数控设备为三菱XH7132加工中心综合试验台，此设备由机床和数控系统试验台两部分组成，其可用于CNC技术培训，也可用于数控加工。
3.2 测试系统组的构建
三菱MDS.R—V1V2伺服驱动器中内置有各种控制数据的D/A输出功能。
通过特定的参数设置，可以输出位置、速度、电流等信号，通过采集、分析这些信号，就可以了解数控机床的伺服性能。
该测试系统主要由计算机、数字示波器、1L1912接口板和SH21通讯线等组成。
利用采集到的机床运动参数信息，在计算机上计算、分析机床运动的速度跟随误差、位置跟随误差等，作为伺服参数调整的反馈信息，使得参数调整更加直观，而且可以定量地评估调整误差。
4 三菱数控系统伺服调整实验及结果分析
数控系统伺服调整的一般步骤为：首先调整电流环参数(三菱电流环增益由电机和伺服单元的组合决定，按标准参数值设定参数)，然后调整速度环参数，最后调整位置环参数。
只有电流环和速度环的伺服参数设置合适，才能得到较高的位置环性能，数控机床的位置精度和跟随精度才可能得到提高。
作者采用文中的测试系统，以速度环参数的调整为例进行实验验证。
4.1 速度环增益调整
三菱数控系统速度环参数调整应按照一定的标准流程进行。
速度环参数测试过程中，采用观察指令速度和反馈速度的方法来确定伺服参数设置是否合适，伺服驱动器D/A接口输出指令速度和反馈速度的参数设置也应按一定的参数设置原则进行。
速度环增益是决定伺服控制响应性的重要参数，对机床的切削精度和循环时间有很大影响。
需要说明的是：伺服系统的响应特性不仅与速度环增益有关，而且与系统负载惯量也直接相关。
因此在速度环参数调整前，要先测量传动系统的负载惯量比，并设定惯量比相关参数。
文中的测试系统也可以用于机械传动系统负载惯量比的测定，具体测试方法不再赘述。
4.2 结果分析
对数控机床X轴的伺服系统分别设置两组速度环参数，基于这两组速度参数，数控机床X轴将依据一定的电机运动速度指令曲线进行快速进给运动，在运动过程中可分别采集实际速度输出信号，并绘制速度误差曲线，进行详细的分析可得出，不同的速度环参数对速度跟随误差影响较大，采集观察电机运动指标曲线不仅可以了解其伺服性能优劣，还可以根据观测到的速度曲线进行速度环参数的调整，从而实现参数调整过程的图形交互。
5 结语
在工程实践中，由于数控机床伺服系统的特殊性和复杂性，其参数调整已经成为困扰着众多调试人员的难题，时常导致工业现场出现大量数控机床的伺服无法正常工作的情况，严重影响了企业的生产效率。
而从另一方面也可以看出，数控机床伺服系统参数的调整确是一个复杂而耗时的过程，加之各品牌厂家的技术保护政策，致使现场使用人员无法对伺服的性能进行了解和调试。
因而本文针对现有数控设备开发设计的伺服参数调整测试系统，不仅为工业现场的一线调试人员提供了可靠的技术支持，而且其对于数控设备运动指标参数的可视化操作也为更加直观的分析和评价伺服性能调整效果提供了坚实的理论依据，具有非常重要的现实意义和借鉴作用。
参考文献：
[1]冯晓斌，三菱数控系统的调试，机械工程师，2005(3)
[2]许立峰，伺服调整教程，电子工业出版社，2006.9
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