三菱数控伺服驱动参数设定与调整

机械与设备
Machine &Equipment
1引言
数控机床伺服驱动参数调整的好坏,直接影响到机床的加工精度和性能。

很多数控机床在出厂前,都进行过伺服驱动参数基本设定,能满足一般精度的加工要求。

但在动态性能要求高的模具加工中,由于伺服驱动参数没有进行最佳调整,造成电气系统与机械特性匹配不合理,导致加工中出现质量问题。

例如,铣球面光洁度差、加工圆弧呈椭圆、加工面在象限切换处出现刀痕等等。

根据三菱数控系统的特点,笔者总结了伺服驱动参数调整要领及伺服驱动参数设定与调整方法。

2伺服驱动参数分析
三菱伺服驱动控制原理如图1所示。

三菱伺服驱动系统采用图1所示的三环控制方式。

整个控制流程是通过位置环到速度环,再到电流环,最终到伺服电机。

而伺服电机则将电流信号和速度信号分别
反馈给电流环和速度环、位置环,从而实现快速、准确的运动控制。

电流环的作用是限制最大电流,使系统有足够大的加速扭矩。

电流环控制参数主要包含电流回路q 轴进给补偿#2209、电流回路d 轴进给补偿#2210、电流回路q 轴增益#2211、电流回路d 轴增益#2212,这些参数由伺服电机的电气特性决定的,根据电机型号设定相对应的标准值。

速度环的作用是抑制速度波动,增强系统抗负载扰动的能力。

速度环控制参数主要有:速度回路增益1(#2205,简称:VGN1)、速度回路增益2(#2206,简称:VGN2)、速度回路延迟补偿(#2207,简称:VIL)、速度回路进给补偿(#2208,简称
:VIA)。

陈泽南
(
广东科达机电股份有限公司,佛山
528313)
本文分析了三菱数控伺服驱动控制原理及相关伺服参数作用与关系,阐
述了伺服驱动参数调整要领及相关伺服驱动参数设定与调整方法。

实践证明,通过对伺服驱动参数的最佳化调整,解决了铣面光洁度差、加工面有刀痕等问题。

三菱数控;伺服驱动参数;
调整
陈泽南（1975-），男，主要从事电气设计、维修方面的工作。

E-mail:cym1368@
图1三菱伺服驱动控制原理示意图
位置指令位置环PGN
速度环VGH
电流环IG
伺服电机电机
编码
器
速度设定值电流设定值位置反馈
速度反馈
电流反馈
. All Rights Reserved.
参数号简称参数名称设定比设定实例
说明
#2203#2204#2257PGN1PGN2
SHGC 位置环增益1位置环增益2SHG 控制增益
1
8/362360
1402670
1603386
18738
10222547
125281必须以3个参数的组合进行设定。

#2208VIA 速度环超前补偿SHG 控制时标准设定为1900#2215
FFC 加速度前馈增益SHG 控制时标准设定为100
表2SHG 控制模式下的相关参数的设定
速度回路增益1,是决定伺服控制响应性的重要参数,对机床的切削精度和切削循环时间有很大的影响,增大设定值则控制精度相应提高,但机械容易发生振动。

使用滤波器参数抑制机械振动,尽可能提高速度环增益1设定值,是伺服调整之关键所在。

速度环超前补偿参数#2208主要决定速度环的低频带特性。

标准值为1364,高速高精度控制时的设定为1900。

对于惯量较大的负载、有时标准值可能会下降。

对于高速轮廓切削(通常F 在1000mm/min 以上),为保证精度,VIA 必须保持高的设定值(或标准值设定)。

对重视切削循环时间的机械而言,提高速度环超前补偿值将改善相对位置指令的跟随性,缩短位置滞后收缩至定位宽度的时间。

在改善精度和循环时间方面,如果VGN1的设定值较大(接近标准值),或使用与增加VGN1等效的干扰观测器的功能
,VIA 的调整将会更加容易。

位置环的作用是保证系统的动态跟踪性能,使系统稳定运行。

位置环的控制参数主要有:位置回路增1(#2203,简称:PGN1)、位置回路增2(#2204,简称:PGN2)、SHG 控制增益(#2257,简称:SHGC)。

PGN1是决
定对指令位置跟随性的参数,插补轴之间位置环增益应设定为相同值。

增加PGN1设定值,可提高对指令位置的
跟随性,缩短定位时间。

3伺服参数调整要领
虽然三菱M700/M70数控系统推出了MS CONFIG⁃
URATOR 伺服驱动参数自动调整软件,但自动计算的数
据适用于通用场合,对于一些要求较高的情况,部分参数还需要根据实际测量结果进行手动调整。

伺服驱动参数调整主要从两个方面入手:一是抑制机械振动;二是调整
加工精度。

提高速度环增益1设定值,机床控制精度相应地提
高,但机械容易诱发振动。

所以抑制振动的调整原则是使用滤波器抑制振动的同时尽量提高速度环增益1设定值。

相关参数说明如表1所示。

(1)滤波器设定方法
1)设定参数#2233、#2283选择滤波器1、2、4、5,设定为振动频率;2)逐步提高滤波器深度补偿值,调整为能够消除共振的最佳值;
3)不能消除振动时,使用于其频率相同的其它滤波器。

(2)电机因快速进给发生振动或发出噪音的情况
下,可以通过减小电机高速运转时的速度环增益使其改善。

因为切削进给等使用的低速区域速度环增益仍可保
持很高,所以可以在不降低加工精度情况下便可改善振动,#2206与#2229配合使用。

(3)电机停止时的振动抑制
如果电机停止时电机位置进入机械的反向间隙中、负载惯量将变得非常小。

由于其对负载惯量设定了非常大的VGN1,有时会发生振动。

抖动补偿通过忽略速度反馈的反向间隙部分的反馈脉冲,可抑制电机停止时发生的抖动。

针对忽略脉冲数,可逐个增加,以设定能够抑制振动的值。

通过#2227的bit4、bit5
设定忽略脉冲数。

抑制机械振动的同时尽量提高速度环设定值,然后可以进行高速高精度调整。

为缩短调整时间和提高精度,使用提高位置增益的前馈进给控制,将容易诱发机械系统的振动。

SHG 控制通过更稳定地补偿伺服系统位置环的延迟,提高位置环的增益,缩短调整时间以及提高轮廓控制精度。

3.2.1SHG 控制模式
SHG 控制时,要求PGN1:PGN2:SHGC=1:(8/3):6。

因
此,即使PGN1的设定值相同,由于实际的位置环增益变
大,故速度环需要足够的响应。

速度环的响应较低时,与正常控制时一样,在加减速时将会发生振动和过冲。

因发生机械共振而减少速度环增益时,请相应减少位置环增益。

相关参数的设定见表2。

. All Rights Reserved.
参数号
简称
参数名称
说明#2233
SSF2
伺服功能选择2
#2238FHZ1滤波器频率1发生机械振动时,设定希望抑制的振动频率。

80Hz 以上有效,设定范围0~2250Hz。

#2246
FHZ2
滤波器频率2
发生机械振动时,设定希望抑制的振动频率。

80Hz 以上有效,设定范围0~2250Hz。

#2283
SSF6
伺服功能选择6
#2287FHZ4滤波器频率4发生机械振动时,设定希望抑制的振动频率。

80Hz 以上有效,设定范围0~2250Hz。

#2288FHZ5滤波器频率5发生机械振动时,设定希望抑制的振动频率。

80Hz 以上有效,设定范围0~2250Hz。

#2206VGN2速度环增益2快速进给存在干扰时,可以通过降低高速时的速度回路增益予以改善。

此值设定为电机过速
时的速度回路增益,与#2229(VCS)同时使用。

#2229
VCS
速度环增益变更开
始速度
设定速度回路增益增益变更的开始速度,与#2206(VGN2)同时使用。

#2227
SSF1
伺服功能选择1
bit 说明
45
vfct
设定跳动补偿的补偿脉冲数
00:跳动补偿无效
10:跳动补偿2脉冲
01:跳动补偿1脉冲11:跳动补偿3脉冲
F
E D
C
B
A
9
8
7
6
5
4
3
2
1
vfct
bit 说明
1
23Nfd1设定滤波器频率1(2238)的深度
设定值深<--000001010011100101110111-->浅深度(dB)
-∞-18.1-12.0-8.5-6.0-4.1-2.5-1.2
4Nfd3设定值0,滤波器3停止。

设定值1,滤波器3启动(1125Hz)
567
Nfd2设定滤波器频率2(2246)的深度
设定值深<--000001010011100101110111-->浅深度(dB)
-∞-18.1-12.0-8.5-6.0-4.1-2.5-1.2
F
E D
C
B
A
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Nfd2Nfd2Nfd2
表1滤波器相关参数说明
F
E D
C
B
A
9
8
76
5
4
32
1
Nfd5Nfd4bit 说明
123Nfd4设定滤波器频率4(2287)的深度
设定值深<--000001010011100101110111-->浅深度(dB)
-∞-18.1-12.0-8.5-6.0-4.1-2.5-1.2
4567
Nfd5
设定滤波器频率5(2288)的深度
设定值深<--000001010011100101110111-->浅深度(dB)
-∞-18.1-12.0-8.5-6.0-4.1-2.5-1.2
. All Rights Reserved.
表3速度环相关参数设定
参数号简称参数名称说明
#2205 #2208VGN1
VIA
速度环增益1
速度环超前补偿
根据负载惯量的大小设定速度环增益,增大设定值可提高控制精度,但容易发生共振,发
生共振时按20%~30%的幅度逐渐下调,最终设定值应为不发生共振值的70%~80%。

标准设定值为1364,SHG控制时的标准设定值为1900。

高速切削时,需要提高轮廓追随
精度时,可提高设定值。

另外,位置滞后发生振动时,以10~20Hz降低设定值进行调整。

3.2.2切削面精度或真圆度较差的改善措施(1)切削面精度或真圆度较差,可通过增大速度环增益(VGN1、VIA)或使用干扰观测功能进行改善。

提高切削表面精度的方法尽管有所不同,但都能提高速度环增益进行调整,此时重要的是如何抑制机械共振。

速度环相关参数设定见表3。

(2)使用干扰观察功能
干扰观察是通过推断干扰扭矩量来进行补偿,可减轻切削时的干扰和摩擦阻抗以及扭矩振动造成的影响,同时具有抑制因速度超前补偿控制造成的振动的效果。

干扰功能参数设定见表4。

(3)使用丢步补偿功能
通过丢步补偿功能来补偿机械运行方向转向时的响应延时、摩擦、扭转、伸缩、反向间隙所产生的刀纹、刀痕。

丢步补偿功能包含丢步补偿1、丢步补偿2、丢步补偿3,通过参数#2227的bit8、bit9设定选择丢步补偿2有效,通过参数#2216(LMC1)及#2241(LMC2)设定补偿量;参数#2282的bit1为1时,则选择丢步补偿3有效。

在LMC补偿的设定中,首先必须测量机械的不平衡扭矩与摩擦扭矩。

丢步补偿前后圆切削轨迹如图2所示。

1)测量不平衡扭矩与摩擦扭矩
在要测定的轴上进行往返运转(F为1000mm/min左右),在NC伺服监视画面上显示进给时的负载电流。

此时的不平衡扭矩与摩擦扭矩计算如下:
不平衡扭矩(%)=[(+进给负载电流%)+(-进给负载电流%)]/2
摩擦扭矩(%)=|(+进给负载电流%)-(-进给负载电流%)|/2
2)在扭矩偏置#2232中设定不平衡扭矩。

3)LMC补偿类型2的设定与调整
选择伺服功能选择1(#2227)的bit9设为1,启动LMC补偿类型2功能;在丢步补偿1(#2216)中以两倍的摩擦扭矩设定补偿量。

#2241为0时,正负两方向均以#2216的设定值进行补偿;不同方向的突起量存在差别时,使用丢步补偿2进行调整。

只进行单方向补偿时,禁止补偿方向上的参数(#2216或#2241)设定为-1。

希望在补偿方向变更补偿量时设定#2241。

补偿方向的设定如图3所示,即按NC参数中的CW/CCW设定。

只需进行单方面补偿时,将不需补偿,一侧设定为-1。

参数号简称参数名称说明
#2243 #2244
OBS1
OBS2
干扰观测滤波器频率
干扰观测增益
设定干扰观测滤波器的宽度,通常情况下设定为100。

使用干扰观测功能时,同时设定
#2244(OBS2)
标准值设定为100~300,同时设定#2243(OBS1)
表4干扰功能参数设定
图2丢步补偿前后圆切削轨迹示意图
刀痕
补偿后
补偿前的圆切削轨迹补偿后的圆切削轨迹
图3补偿方向的设定示意图
补偿点CW CWW
A
B
C
D
X轴:#2241
Y轴:#2216
X轴:#2216
Y轴:#2241
X轴:#2216
Y轴:#2241
X轴:#2241
Y轴:#2216
+Y
-X
-Y
+X
D:Y轴指令方
向从+变为-A:X轴指令方
向从+变为-
B:Y轴指令方
向从-变为+
C:X轴指令方
向从-变为+
. All Rights Reserved.
烧,其烧成温度为1195~1205℃。

结果表明,烧出的样品分别呈浅白、浅灰和浅棕色,效果均不理想。

3结论
(1)当赤泥引入量为50%时,可得到较为满意的配方及产品。

(2)赤泥引入棕色陶瓷颜料中,大大降低了生产成本,为生产企业带来一定的经济效益。

同时也将固体废弃物有效利用,不仅开发了赤泥的新的资源价值,也减少了赤泥对环境的污染和对土地资源的占用,达到节能减排的目的。

(3)在1250℃温度下,保温60min,利用赤泥可以用于制备呈色性能较好的低成本棕色颜料,釉用效果理想,但坯用效果较差,有待进一步的研究。

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最终的调整应在实际切削的同时进行设定。

补偿量不足时,按5%的增量逐渐增大#2216或#2241。

但如果设定过大,相反可能出现过切现象。

4)LMC补偿类型3
对应丢步补偿2无法补偿的,因移动速度而引起机械系统的扭转及伸缩而产生的误差,通过设定机械系统的粘性系数(#2286),即使移动速度有变化也可做到正确的补偿。

在低速状态下,测定真圆度的同时调整基本补偿的补偿量参数(#2216、#2241);在高速状态下,通过真圆度测定,调整粘性系数(#2286),直至获得满意的真圆度。

标准值是在补偿中根据摩擦扭矩设定的值。

最佳的补偿量因切削条件如切削速度、切削半径、刀具种类、工件材质等而变化,最后应在对目标切削进行试切削的基础上,确定补偿量。

4结语
数控机床伺服驱动参数经过最佳化调整后,其铣面精度得到极大的改善,消除了加工面的刀痕。

数控机床伺服驱动参数的调整是一项十分复杂而繁琐的工作,笔者整理了三菱数控伺服驱动参数设定,根据多年的经验,对其进行了调整,具有重要的实际应用价值。

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