数控伺服系统动态特性仿真及参数优化

工 程 技
术
Ｓ Ｃ Ｌ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ真及参数优化
龙 靓 靓 （ 辽宁 高压 电器 产 品质 量检 测有 限公司 辽 宁沈阳 １ １ ００ ２ ７）
摘 要： 科 学技术 的进 步使得 工业 生 产慢慢进 入 了智能 化 ， 现 代化 、 科技 化的 生 产状 态模 式 中。 特 别是 以计算机 为领 导的一 系列的现 代 生产 系统逐 渐取 代 了独立 的生 产系统 ， 使得生 产的各 个环 节能够形成统一 的整体 ， 节约时 问的 同时大大的提 高生产效率 。 文章通过数控 伺 服 系统动 态特 性仿真方 面的介 绍， 以及相应 的参 数优化进展 情况的介 绍使人们 能够进 一 步 了解数 控技术在 目前机床生 产领 域中的重要 作 用， 同时将Ｐ Ｉ Ｄ 参数优化 理论 同数控 伺服 系统进行 很好 的结合 ， 保证 动态切削 系统运行 更加 的连 贯 ， 提 高 自动化 的效率 。 进 而提 高数控机床
的加工效率 。 关键 词 ： 数控 伺服 系统 动态铣 削 参数优化 仿真 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｈ１ ６ １ 文献标识码 ： Ａ
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ － ３ ７ ９ １ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３ （ ｃ ） 一 ０ ０ ６ ７ — ０ Ｉ 看 作 是 该 性 能 指 标 函数 的 变 量 对 指 标 函数 进行寻优， 得 到 性 能 指 标 函 数 最 小 时 的 Ｐ Ｉ Ｄ 参数 ， 该 结 果就 是 最 优的 系 统Ｐ Ｉ Ｄ参数 。 最优Ｐ Ｉ Ｄ 参 数 自整 定 的 关 键 是 性 能指 标 函 数 的选取和优 化算法 ， 其 直 接 影 响 到 系 统 优化 的结果 。 常 见 的 目标 函数 包 括 Ｉ ＴＡＥ、
Ｉ ＳＴ ２ Ｅ、 ＧＩ Ｓ Ｅ。
随着科 学技 术的发 展 ， 科 技 在 经 济 发 率 同 时 也 大 大 的 提 高 整 个 机 床 生 产 领 域 的 数 控 机 床 中 交 流 伺 服 系 统 广 泛 展 中逐 渐 取 得 了 主 导 地 位 ， 人 们 进 入 了知 工 作 效 率 。 识 经济的时 代。 在 工业 生 产 领 域 科 学 技 术 采 用（ 电流 环 、 速度环、 位 置 环） 三环 Ｐ Ｉ Ｄ 控 制 的应 用尤为 突出 ， 例 如 在 机 床 生 产 领 域 以 调 节 技 术 。 但 是 由 于 传 统 的 永 磁 同 步 电 动 数 控 技 术 为 代 表 的现 代 自动 化 生 产 系统 逐 机 的 控 制 技 术 采 用 的 三 环 ＰＩ Ｄ调 节 控 制 方 渐 取 代 了人 员 手 工 操 作 ， 不 仅 提 高 了生 产 式 在 数 控 机 床 应 用 实 践 还 是 发 现 了一 些 问 效率 保证 了生产质量 ， 同 时 为 其 他 领 域 逐 题 。 例如 ， 调 节 器参 数 整 定 比较 繁 琐 同 时 存 渐 实 现 自 动 系 统 运 行 提 拱 了 技 术 经 验 支 在 相 应 的 误 差 ， 这 主 要 是 由 于 传 统 的 手 工 伺 服 需要 进 行 系 统 的 简 化 ， 这 其 中就 使 得 持。 系统 的 参 数 发 生 变 化 导 致 系 统 出现 误 差 。 １ 数控机床交流伺 服系统的历史及现状 伺 服 系 统 的 解 耦 控 制 同 时 需 要 精 确 的 数 学 １ ． １ 永 磁 同步 电机 的发 展 模型 ， 这 就 导 致 系 统 对 于 参 数 的 依 赖 性 较 电动机 在 电流经 过磁极 后产 生磁场 ， 大容 易 ， 一 旦 参 数 的 选 择 不 够 正 确 或 是 偏 转 子 在 磁 场 中 做 切 割磁 感 线 的 运 动 。 但 是 差 较 大 时 那 么 整 个 系 统 运 行 状 态 就 会 大 打 普 通 的 电 源 技 术 并 不 能 使 进 行 自 由 的 启 折 扣 。 动。 变 频 电 源 的 出 现 能 够 使 得 中 小 功 率 的 １ ． ３ 数 控 机床 切 削参 数优 化 选择 现 状 调 速 系统 使 用在 同 步 电 动 机 进 而 保 证 电 动 数 控 机 床 切 削 技 术 的 应 用 已 经 在 机 械 机 运行正 常。 虽 然 变 频 电 源 出现 解 决 了 同 零 件 的 加 工 领 域 中 取 得 重 要 的 地 位 ， 逐 渐 步 电动 机 的 问题 但 是 由 于 它 与 异 步 电 动 机 的 取 代 了以 手 工 控 制 为 主 体 的 传 统 的 零 件 不 同 在 电 网 电 压 下 不 能 自行 起 动 ， 静 止 的 加 工 方 式 。 数 控 机 床 控 制 下 的 切 削 系 统 需 转 子 磁 极 在旋 转 磁 场 的 作 用 下 平 均 的 扭 矩 要 进 行 参 数 的 确 定 ， 随 着 加 工 零 件 规 格 的 为 零 这 就 导 致 在 生 产 中 不 能 充 分 的 使 用 同 不 同 必 须 要 对 系统 的 参 数 进 行 调 整 进 而 对 步 电动 机 。 但是随着技术的发展 ， 高 性 能 永 加 工 机 床 进 行 调 整 。 参 数 的 确 定 是 否 合 理 磁材 料 ， 电力 电子 技 术 ， 计 算 机 控 制 技 术 的 关 乎 到 机 床 生 产 的 效 率 ， 机 床 加 工速 度 ， 以 出现 将 同 步 电 动 机 经 过技 术 改 造 转 变 成 永 及 机 床 加 工 出 产 品 的 精 度 。 但 是 由 于 受 到 磁同步 电动机 。 加 之 高 性 能 的 变 频 电 源 的 技 术 经 验 的限 制 系统 参 数 的 设 定 往 往 需 要 出现使得 电动机运 行逐渐 同计算机连 接 ， 借助规 范手册 或是经验 公式 。 但 是 由 于 经 计 算机通 过一定的 系统将生 产设备 ， 生 产 验 公 式 或 是 参 考 手 册 中提 供 的参 数 数 据 往 步 骤 进 行 组 织 安 排 实 现 自动 化 的 控 制 程 往 都 是 在 特 定 的 实 验 条 件 下 确 定 这 就 使 得 序 。 参数 的精确性 受到一定 的影响 。 同 时 现 行 １． ２ 数控 机 床 交流伺 服 系统 研 究现 状 使 用 的 参 数 手 册 的 制 定 主 要 是 针 对 于 普 通 永 磁 同步 电 动 机 虽 然 在 工 业 生 产 中具 的 机 床 进 行 参 数 借 鉴 对 于 水 平 较 高 的 数 控 有 一 定 的 技 术性 能 优 势 但 是 同 时 由于 自身 机 床 来 说 进 一 步 减 弱 了 机 床 的 精 确 水 平 。 特 点 使 得 例 如耦 合性 ， 时变性 ， 非 线 性 使 得 同时 由于 机 床 操 作 人 员技 术 水 平 的 影 响 也 永 磁 同 步 电 动 机 在 进 行控 制 时 不 能 随 意 的 使 得 机 床 在 参 数 设 定 方 面 存 在 一 定 的 问 自 由进 行 控 制 。 很 难 获 得 较 好 的 速 度 控 制 题 。 这 些 因素 都 对 数 控 伺 服 系 统 的 参 数 设 性 能。 随着时 间的推移进入２ ０ 世纪 ７ ０ 年 代 定 产 生 影 响 。 矢量控制 理论的 出现解决上 述问题 ， 该 理 论 的提 出 使 得 交 流 电 动 机 第 一 次 在 电 机 控 ２ 交流伺服 系统参数 优化 制 理 论 中得 到 证 明 。 矢 量 控 制 理 论 是 采 用 ２． １伺 服 系统 优化模 型 矢 量变换 的控制方 法 ， 将 交 流 电 动 机 的 磁 传 统 的 交 流 位 置 伺 服 系 统 的 调 节 器参 通 同转矩的 控制进行 解耦 ， 进 而 使 得 永 磁 数 整 定 在 设 计 时 把 各 环 节 传 递 函数 简 化 成 同步 电 动机 的控 制 方 法 同 类 与 直 流 电 动 机 相 应 的 典 型 环 节 ， 通 过 频 率 特 性 和 根 轨 迹 的 控制形式 。 通 过 控 制 方 式 转 变 永 磁 电 动 法 对 调 节 器 参 数 进 行 整 定 ， 这 使 得 参 数 的 机 的 控 制 性 能 有 了进 一 步 的 提 高 。 将 永 磁 整 定 比较 繁 琐 ， 而 且 在 一 定 程 度 上 依 赖 工 电动 机 同 交 流 电 机 的控 制 方 法 的结 合 实 现 程 师 的 经 验 ， 存在 一定 的误 差 ， 系 统 并 没 有 电动 机 在 生 产 中 自由 的起 动 大 大 的 提 高 了 在 最 佳 的 状 态 下 工 作 。 为 了 使 得 系 统 在 最 电 动 机 的 速 度 控 制 性 能 和 位 置控 制 性 能 ， 优 或者 是 次 最优 的状 态下 工作 ， 专家 学 者 从 而 实现 了在 数 控 机 床 伺服 系 统 中 的广 泛 们 提 出 了最 优 Ｐ Ｉ Ｄ参数 自整 定 方 法 ， 即 建 立 应 用。 提 高 了 数 控 机 床 伺 服 系统 的 运 行 效 性 能指 标 函数 ， 把 系统 需 要 调 节 的ＰＩ Ｄ参 数