安川Σ V伺服驱动 SigmaWin调试实习
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※滚珠丝杠移动轴的例子
整定时间： 241.33ms
整定时间：241.33ms
Pn100 Kv Pn101 Ti Pn102 Kp Pn401 Tf
: 40.0Hz : 20.00ms : 40.0/s : 1.00ms
安川电机(中国)有限公司
24
4.2.5 高级自动调谐
高级自动调谐是伺服单元根据内部指令自动运 行时，对以下机械特性自动进行调整的功能。
免调整
AAT
指令输入 AAT
○
×
×
×
○
×
×
○
○
○
○
○
○
○
○
×
○
○
×
○
○
×
○
○
×
○
○
安川电机(中国)有限公司
单参数 调谐
× × ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
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4.1.4 模型追踪控制和摩擦补偿
模型追踪控制：在位置控制模式下，通过调整前馈，缩短整 定时间。
模型追踪控制 （前馈）
控制结构图（示意）
位置指令
实习机会自动运行，请注 意安全。
调整完成后，背景将变 成白色。
检测出振动时，伺服单元 会根据相应的振动频率设 置3个对策菜单。
自动调谐本实习机时，陷 波滤波器将被设定，这时 “陷波滤波器”前的绿色 圆圈将变亮。
高级自动调谐开始窗口（上）／完成窗口（下）
安川电机(中国)有限公司
27
4.2.5 高级自动调谐
① 速度环增益KV (Hz)和速度环积分时间常数Ti (s)的关系
4
Ti
≥ 2πK V
=4TM
移项后得到，
注）TM是一阶时滞的机械时间常数
Ti ≤4 TM
（在实际应用中可减小至2.3）
② 速度环增益和转矩指令滤波器时间常数（Tf）的关系 Tf ≤ 1 ( 1 ) = 1 { 1 } 4 2πKv 4 2π(Pn100)
实时监测窗口
①点击菜单“Trace” → “Trace”
设置窗口
②单击“Setup”。
③从下拉列表选中“Speed referenece”，然后单击 “Apply”。
④设定采样时间为“1000” （可采样1000μs x 1000 = 1 s 的数据。）
⑤确认选中了 “/TGON”。
⑥使用默认设置。也可根 据需要修改。
16
4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤6
保存结果窗口
完成保存结果窗口
①单击“Writing Results”。
②单击“Finish”。
安川电机(中国)有限公司
17
4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤7
单击“OK” 。
完成设定惯性转矩比窗口
显示软件重置窗口，单击 “Execute”。
确认惯性转矩比与测算结果一 致，然后单击“Finish”。 这样我们就完成了测算惯性转 矩的实践。
安川电机(中国)有限公司
18
4.2.3 机械分析
自动推算机械共振频率和电机轴的反共振频率。
执行测试窗口
单击“Mechanical Analysis”
设置测试条件的窗口
安川电机(中国)有限公司
19
4.2.3 机械分析
位置、速度控制 （反馈）
电机
工作台
摩擦补偿功能
摩擦补偿功能：由于机床运动部存在不断变化的摩擦，从而 影响系统的响应。通过补偿这部分可变摩擦带来的影响，使 系统获得安定的响应性。吸收机床的差异，达到稳定的定位 时间。
安川电机(中国)有限公司
6
4.1.5 振动对策
自动检测振动频率，自动应用振动对策功能，快速便捷地达 到抑振效果。
⑤再次点击菜单项 “Tuning”。
⑥ 单击窗口②的 “Execute”按钮，将 显示测算惯性转矩的 窗口。
④单击“OK”，并 重启电源。
11
4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤1 执行测算惯性转矩的功能，系统可快速计算出作用在电机轴的负载惯性转矩。
①单击“Execute” 。
②显示条件设定窗口（本次 练习不修改窗口中数值）， 单击“Next” 。
将免调整功能选择参数Pn170.0从“1”（有效）变更为“0”（无效），然后重新接通电源。 2) 设定惯性转矩比。
要达到Pn100（速度环增益）中设定的响应能力，就必须能输出与要求增益相应的加速度，即 能输出与要求加速度相应的转矩。 进一步，由于转矩 ＝ 惯性转矩×角加速度，要输出符合要求的转矩，就必须设定正确的负载 惯性转矩。 可以利用SigmaWin+提供的功能菜单“测算惯性转矩比（负载惯性转矩比 / 电机转子的惯性转 矩）（%）”，将测算所得数值设定至惯性转矩比Pn103（出厂值为100%）。 3) 设置实时监测条件。 可以利用SigmaWin+提供的功能菜单“Trace”，绘制伺服应答图。 在绘图前，需要先设置下列条件： ①采样时间 ②追踪数据（最大可设置3个） ③触发器 ④预触发器
4 伺服系统调整实践
本章将学习伺服驱动系统Σ‐Ⅴ的免调整功能、高级自动 调谐功能和单参数调谐。
4.1 什么是调整 4.2 调整练习 4.2.1 调试实习的准备 4.2.2 推算惯性转矩 4.2.3 机械分析 4.2.4 追踪设定 4.2.5 高级自动调谐 4.2.6 指令输入型高级自动调谐 4.2.7 单参数调谐 4.3 伺服的响应性确定实习 4.3.1 环增益的特性 4.3.2 各增益的关系
安川电机(中国)有限公司
12
4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤2
③显示指令传输窗口， 单击“Start” 。
④传输完成后，单击 “Next”。
安川电机(中国)有限公司
13
4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤3
运转 / 测试窗口
单击“Servo On”。
安川电机(中国)有限公司
⑩选中“Single”。 ⑪单击“Start”。
⑧如下设定触发器： 触发器条件：Trigger A 触发器对象：COIN 触发器类型：Rising edge
安川电机(中国)有限公司
⑦设定预触发 器为“10”%。
⑨单击“OK”。
23
4.2.5 高级自动调谐
在开始高级自动调谐之前，先查看一下在出厂值增益下的响应性。
安川电机(中国)有限公司
1
4.1 什么是调整
调整（调谐）是优化伺服单元响应性的功能。响应性取决于伺 服单元中设定的伺服增益。
一般情况下，刚性高的机械可通过提高伺服增益来提高响应性。 但对于刚性低的机械，当提高伺服增益时，可能引起振动，从 而无法提高响应性。
伺服增益通过多个参数的组合进行设定，彼此之间相互影响。 本章我们将实践练习如何设定各参数，并保持设定值之间的平 衡。
如右图所示设定各条件。
①因为事先已推算过转动惯量比，所以这里选 择“1:A moment of inertia is not presumed”。
②模式选择设为“2:Positioning”。 ③机构选择设为“2:Ball screw mechanism
or linear motor” 。 ④由于设定了指令单位0.001(mm)的电子齿轮
※滚珠丝杠移动轴的例子
整定时间：9.25ms ・与应用出厂值时相比，高 级自动调谐后的整定时间大 幅短缩。
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4.2.5 高级自动调谐
（2）模式设定为“3:Positioning (Overshoot control)”时。
8
4.2 调整练习
4.2.1 调试实习的准备 4.2.2 推算转动惯量 4.2.3 机械分析 4.2.4 追踪设定 4.2.5 高级自动调谐 4.2.6指令输入型高级自动调谐 4.2.7 单参数调谐
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4.2.1 调试实习的准备
步骤
目的：操作实习机，确认伺服响应。
准备工作： 1) 将免调整功能设置为无效。（出厂默认值为有効。）
在2惯性模型中，电机轴会出现反共振现象。
振幅(dB)
负载轴
①
共振
共振频率
电机轴
反共振频率 反共振
频率(Hz) （对数刻度）
②
反共振：负载轴在动，但电机轴却保持不动的频率就是反共振频率。 注：这里①和②实际是重合的，为了便于理解，描画了两条线。
安川电机(中国)有限公司
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4.2.4 实践准备
1）设置实时监测1：速度控制模式时
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10
4.2.1 实践准备
1）将免调整功能设置为无效的操作步骤
首先，从调整菜单设定免调整功能为无效，并重启电源。 画面显示从调整窗口切换至测算惯性转矩窗口。
①单击“Tuning”。
③将免调整功能 设置为无效，然 后单击“OK”。
②单击“Execute” 。
安川电机(中国)有限公司
推算完成窗口
共振频率
与免調整及AAT自动设定的陷波滤波器频率 大致相同。可以在这个窗口设置陷波滤波器 ，将设置至第1段（Pn409）。
运动控制培训课程
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4.2.3 机械分析
2.惯性负载引起的共振和反共振
电机（转子的惯量）和负载（的惯量）通 过弹簧连接的机构称为2惯性模型。
电机（转子的惯量）和负载（的惯量）直 连的机构称为刚性模型。
实时监测窗口
①点击菜单“Trace” → “Trace”
设置窗口
②单击“Setup”。
③从下拉列表选中“Positioning ④设定采样时间为“1000” completed”，然后单击“Apply”。 （可采样1000μs x 1000 = 1 s
的数据。）
⑤确认选中了 “/COIN”。
⑥使用默认设置。也可根 据需要修改。
・陷波滤波器 可检测并抑制数百Hz以上的振动频率，并自动抑振。（可自动调整）
・A型抑振控制 可检测并抑振数百至1kHz的振动频率，并自动抑振。（可自动调整）
・抑振（带抑振功能的模型追踪控制） 可检测并抑制数Hz的低频。（可自动调整）
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7
4.1.6 调整单项增益时的注意事项（参考）
安川电机(中国)有限公司
3
4.1.2 Σ-Ⅴ伺服基本调整步骤
免调整
出厂设定值。与机械类型和负载无关，保持 稳定的响应性。 整定时间：100 - 150ms。
高级自百度文库调谐
在机床自动运转中，接收伺服单元内部或 上位装置的指令，自动设定各参数。 自动设定的参数包括模型追踪控制增益。 整定时间：约10ms。
比，移动距离以mm为单位设定。这里设置 为“100”。注意不要移动至引起P-OT或NOT的范围。 ⑤选中“Start tuning using the default settings”单选框。
① ② ③
④
⑤
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4.2.5 高级自动调谐
自动实施以下调整 ･ 评估振动水平 ･ 动作评估，增益 ･ 设定陷波滤波器 大约需2分钟时间。
・推算转动惯量 ・增益（位置环增益、速度环增益） ・滤波器（转矩指令滤波器、陷波滤波器） ・摩擦补偿 ・A型抑振控制 ・抑振
单击 “Autotuning”
选中“No reference input”
高级自动调谐的开始窗口
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4.2.5 高级自动调谐
（1）模式选择设定为“2:Positioning”
安川电机(中国)有限公司
2
4.1.1 增益相关参数
Pn102：位置环增益
Pn101：速度环积分时间常数
位置环
速度环
Ti
＋
Kp
－
＋
＋ Kv, J ＋
－
电流环
Tf, Nt
电流
＋
控制部
－
电流反馈
速度反馈
位置反馈
机床
电机 编码器
Pn100：速度环增益 Pn103：惯性转矩比
Pn401：转矩指令滤波器时间常数 Pn409：陷波指令滤波器频率
单参数调谐
在运转机床并追踪数据的同时，手动调整2个 参数，从而获得最稳定的响应性。 整定时间：0 - 4ms。
安川电机(中国)有限公司
4
4.1.3 伺服调整功能的调整对象
免调整 惯性转矩比 位置、速度增益 转矩指令滤波器 自动陷波滤波器
*)
A型抑振控制*) 摩擦补偿 模型追踪控制 振动控制*)
*)检测出振动时使用
⑩选中“Single”。 ⑪单击“Start”。
⑧如下设定触发器： 触发器条件：Trigger A 触发器对象：TGON 触发器类型：Falling edge
运动安控川制电培机训(中课国程)有限公司
⑦设定预触发 器为“10”%。
⑨单击“OK”。
22
4.2.4 实践准备
2）设置实时监测2：位置控制模式时
14
4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤4
单击“Forward”。
单击“Reverse”。
安川电机(中国)有限公司
15
4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤5
测试完成窗口
①完成测算后，单击 “Next”。
②显示伺服OFF的提 示信息窗口，单击 “OK”。
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注）转矩指令滤波器是设置在转矩指令中的滤波器，用于抑制伺服单元造成的振动。
③ 速度环增益KV (Hz)和位置环增益KP (s-1) 的关系
Kp ≤ 2 πKv 4
移项后得到，
K P ≤ 2π = 1.57 KV 4
如果①②③的关系式中有任何一项未成立，则系统会发生振动。
安川运电动机控(中制国培)训有课限程公司
整定时间： 241.33ms
整定时间：241.33ms
Pn100 Kv Pn101 Ti Pn102 Kp Pn401 Tf
: 40.0Hz : 20.00ms : 40.0/s : 1.00ms
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4.2.5 高级自动调谐
高级自动调谐是伺服单元根据内部指令自动运 行时，对以下机械特性自动进行调整的功能。
免调整
AAT
指令输入 AAT
○
×
×
×
○
×
×
○
○
○
○
○
○
○
○
×
○
○
×
○
○
×
○
○
×
○
○
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单参数 调谐
× × ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
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4.1.4 模型追踪控制和摩擦补偿
模型追踪控制：在位置控制模式下，通过调整前馈，缩短整 定时间。
模型追踪控制 （前馈）
控制结构图（示意）
位置指令
实习机会自动运行，请注 意安全。
调整完成后，背景将变 成白色。
检测出振动时，伺服单元 会根据相应的振动频率设 置3个对策菜单。
自动调谐本实习机时，陷 波滤波器将被设定，这时 “陷波滤波器”前的绿色 圆圈将变亮。
高级自动调谐开始窗口（上）／完成窗口（下）
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4.2.5 高级自动调谐
① 速度环增益KV (Hz)和速度环积分时间常数Ti (s)的关系
4
Ti
≥ 2πK V
=4TM
移项后得到，
注）TM是一阶时滞的机械时间常数
Ti ≤4 TM
（在实际应用中可减小至2.3）
② 速度环增益和转矩指令滤波器时间常数（Tf）的关系 Tf ≤ 1 ( 1 ) = 1 { 1 } 4 2πKv 4 2π(Pn100)
实时监测窗口
①点击菜单“Trace” → “Trace”
设置窗口
②单击“Setup”。
③从下拉列表选中“Speed referenece”，然后单击 “Apply”。
④设定采样时间为“1000” （可采样1000μs x 1000 = 1 s 的数据。）
⑤确认选中了 “/TGON”。
⑥使用默认设置。也可根 据需要修改。
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4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤6
保存结果窗口
完成保存结果窗口
①单击“Writing Results”。
②单击“Finish”。
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4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤7
单击“OK” 。
完成设定惯性转矩比窗口
显示软件重置窗口，单击 “Execute”。
确认惯性转矩比与测算结果一 致，然后单击“Finish”。 这样我们就完成了测算惯性转 矩的实践。
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4.2.3 机械分析
自动推算机械共振频率和电机轴的反共振频率。
执行测试窗口
单击“Mechanical Analysis”
设置测试条件的窗口
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4.2.3 机械分析
位置、速度控制 （反馈）
电机
工作台
摩擦补偿功能
摩擦补偿功能：由于机床运动部存在不断变化的摩擦，从而 影响系统的响应。通过补偿这部分可变摩擦带来的影响，使 系统获得安定的响应性。吸收机床的差异，达到稳定的定位 时间。
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4.1.5 振动对策
自动检测振动频率，自动应用振动对策功能，快速便捷地达 到抑振效果。
⑤再次点击菜单项 “Tuning”。
⑥ 单击窗口②的 “Execute”按钮，将 显示测算惯性转矩的 窗口。
④单击“OK”，并 重启电源。
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4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤1 执行测算惯性转矩的功能，系统可快速计算出作用在电机轴的负载惯性转矩。
①单击“Execute” 。
②显示条件设定窗口（本次 练习不修改窗口中数值）， 单击“Next” 。
将免调整功能选择参数Pn170.0从“1”（有效）变更为“0”（无效），然后重新接通电源。 2) 设定惯性转矩比。
要达到Pn100（速度环增益）中设定的响应能力，就必须能输出与要求增益相应的加速度，即 能输出与要求加速度相应的转矩。 进一步，由于转矩 ＝ 惯性转矩×角加速度，要输出符合要求的转矩，就必须设定正确的负载 惯性转矩。 可以利用SigmaWin+提供的功能菜单“测算惯性转矩比（负载惯性转矩比 / 电机转子的惯性转 矩）（%）”，将测算所得数值设定至惯性转矩比Pn103（出厂值为100%）。 3) 设置实时监测条件。 可以利用SigmaWin+提供的功能菜单“Trace”，绘制伺服应答图。 在绘图前，需要先设置下列条件： ①采样时间 ②追踪数据（最大可设置3个） ③触发器 ④预触发器
4 伺服系统调整实践
本章将学习伺服驱动系统Σ‐Ⅴ的免调整功能、高级自动 调谐功能和单参数调谐。
4.1 什么是调整 4.2 调整练习 4.2.1 调试实习的准备 4.2.2 推算惯性转矩 4.2.3 机械分析 4.2.4 追踪设定 4.2.5 高级自动调谐 4.2.6 指令输入型高级自动调谐 4.2.7 单参数调谐 4.3 伺服的响应性确定实习 4.3.1 环增益的特性 4.3.2 各增益的关系
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4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤2
③显示指令传输窗口， 单击“Start” 。
④传输完成后，单击 “Next”。
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4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤3
运转 / 测试窗口
单击“Servo On”。
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⑩选中“Single”。 ⑪单击“Start”。
⑧如下设定触发器： 触发器条件：Trigger A 触发器对象：COIN 触发器类型：Rising edge
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⑦设定预触发 器为“10”%。
⑨单击“OK”。
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4.2.5 高级自动调谐
在开始高级自动调谐之前，先查看一下在出厂值增益下的响应性。
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4.1 什么是调整
调整（调谐）是优化伺服单元响应性的功能。响应性取决于伺 服单元中设定的伺服增益。
一般情况下，刚性高的机械可通过提高伺服增益来提高响应性。 但对于刚性低的机械，当提高伺服增益时，可能引起振动，从 而无法提高响应性。
伺服增益通过多个参数的组合进行设定，彼此之间相互影响。 本章我们将实践练习如何设定各参数，并保持设定值之间的平 衡。
如右图所示设定各条件。
①因为事先已推算过转动惯量比，所以这里选 择“1:A moment of inertia is not presumed”。
②模式选择设为“2:Positioning”。 ③机构选择设为“2:Ball screw mechanism
or linear motor” 。 ④由于设定了指令单位0.001(mm)的电子齿轮
※滚珠丝杠移动轴的例子
整定时间：9.25ms ・与应用出厂值时相比，高 级自动调谐后的整定时间大 幅短缩。
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4.2.5 高级自动调谐
（2）模式设定为“3:Positioning (Overshoot control)”时。
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4.2 调整练习
4.2.1 调试实习的准备 4.2.2 推算转动惯量 4.2.3 机械分析 4.2.4 追踪设定 4.2.5 高级自动调谐 4.2.6指令输入型高级自动调谐 4.2.7 单参数调谐
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4.2.1 调试实习的准备
步骤
目的：操作实习机，确认伺服响应。
准备工作： 1) 将免调整功能设置为无效。（出厂默认值为有効。）
在2惯性模型中，电机轴会出现反共振现象。
振幅(dB)
负载轴
①
共振
共振频率
电机轴
反共振频率 反共振
频率(Hz) （对数刻度）
②
反共振：负载轴在动，但电机轴却保持不动的频率就是反共振频率。 注：这里①和②实际是重合的，为了便于理解，描画了两条线。
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4.2.4 实践准备
1）设置实时监测1：速度控制模式时
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4.2.1 实践准备
1）将免调整功能设置为无效的操作步骤
首先，从调整菜单设定免调整功能为无效，并重启电源。 画面显示从调整窗口切换至测算惯性转矩窗口。
①单击“Tuning”。
③将免调整功能 设置为无效，然 后单击“OK”。
②单击“Execute” 。
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推算完成窗口
共振频率
与免調整及AAT自动设定的陷波滤波器频率 大致相同。可以在这个窗口设置陷波滤波器 ，将设置至第1段（Pn409）。
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4.2.3 机械分析
2.惯性负载引起的共振和反共振
电机（转子的惯量）和负载（的惯量）通 过弹簧连接的机构称为2惯性模型。
电机（转子的惯量）和负载（的惯量）直 连的机构称为刚性模型。
实时监测窗口
①点击菜单“Trace” → “Trace”
设置窗口
②单击“Setup”。
③从下拉列表选中“Positioning ④设定采样时间为“1000” completed”，然后单击“Apply”。 （可采样1000μs x 1000 = 1 s
的数据。）
⑤确认选中了 “/COIN”。
⑥使用默认设置。也可根 据需要修改。
・陷波滤波器 可检测并抑制数百Hz以上的振动频率，并自动抑振。（可自动调整）
・A型抑振控制 可检测并抑振数百至1kHz的振动频率，并自动抑振。（可自动调整）
・抑振（带抑振功能的模型追踪控制） 可检测并抑制数Hz的低频。（可自动调整）
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4.1.6 调整单项增益时的注意事项（参考）
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4.1.2 Σ-Ⅴ伺服基本调整步骤
免调整
出厂设定值。与机械类型和负载无关，保持 稳定的响应性。 整定时间：100 - 150ms。
高级自百度文库调谐
在机床自动运转中，接收伺服单元内部或 上位装置的指令，自动设定各参数。 自动设定的参数包括模型追踪控制增益。 整定时间：约10ms。
比，移动距离以mm为单位设定。这里设置 为“100”。注意不要移动至引起P-OT或NOT的范围。 ⑤选中“Start tuning using the default settings”单选框。
① ② ③
④
⑤
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4.2.5 高级自动调谐
自动实施以下调整 ･ 评估振动水平 ･ 动作评估，增益 ･ 设定陷波滤波器 大约需2分钟时间。
・推算转动惯量 ・增益（位置环增益、速度环增益） ・滤波器（转矩指令滤波器、陷波滤波器） ・摩擦补偿 ・A型抑振控制 ・抑振
单击 “Autotuning”
选中“No reference input”
高级自动调谐的开始窗口
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4.2.5 高级自动调谐
（1）模式选择设定为“2:Positioning”
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4.1.1 增益相关参数
Pn102：位置环增益
Pn101：速度环积分时间常数
位置环
速度环
Ti
＋
Kp
－
＋
＋ Kv, J ＋
－
电流环
Tf, Nt
电流
＋
控制部
－
电流反馈
速度反馈
位置反馈
机床
电机 编码器
Pn100：速度环增益 Pn103：惯性转矩比
Pn401：转矩指令滤波器时间常数 Pn409：陷波指令滤波器频率
单参数调谐
在运转机床并追踪数据的同时，手动调整2个 参数，从而获得最稳定的响应性。 整定时间：0 - 4ms。
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4.1.3 伺服调整功能的调整对象
免调整 惯性转矩比 位置、速度增益 转矩指令滤波器 自动陷波滤波器
*)
A型抑振控制*) 摩擦补偿 模型追踪控制 振动控制*)
*)检测出振动时使用
⑩选中“Single”。 ⑪单击“Start”。
⑧如下设定触发器： 触发器条件：Trigger A 触发器对象：TGON 触发器类型：Falling edge
运动安控川制电培机训(中课国程)有限公司
⑦设定预触发 器为“10”%。
⑨单击“OK”。
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4.2.4 实践准备
2）设置实时监测2：位置控制模式时
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4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤4
单击“Forward”。
单击“Reverse”。
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4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤5
测试完成窗口
①完成测算后，单击 “Next”。
②显示伺服OFF的提 示信息窗口，单击 “OK”。
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注）转矩指令滤波器是设置在转矩指令中的滤波器，用于抑制伺服单元造成的振动。
③ 速度环增益KV (Hz)和位置环增益KP (s-1) 的关系
Kp ≤ 2 πKv 4
移项后得到，
K P ≤ 2π = 1.57 KV 4
如果①②③的关系式中有任何一项未成立，则系统会发生振动。
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