FANUC频率响应测量及分析启示

初测频率的分析－2
测试的频率响应曲线1，将高频衰减区的高频振荡点利用HRV过滤器进行过滤
极限频率响应曲线分析
极限频率响应如下：：
接近10dB为极限
曲线1
响应频宽 高频衰减区没有高于-20bB的点
曲线2
动态特性的验证
参考频率响应曲线1，将速度环增益提高到合理值后，此时只能验证 伺服轴在全行程范围内某一点的静态特性，为了合理反映伺服轴在全行 程范围内的动、静态特性，需要注意以下两项： (1)测试伺服轴的频率响应，适当选取3个位置：如在行程正向最远、负 向最远以及中间位置，分别验证所测试的最终速度环增益对应的频率响 应曲线，观察高频衰减区有无剧烈变化，如果振动点发生变化，需要再 次进行滤波或机械需要进一步检查。 (2)为了验证伺服轴在速度环增益调整完成后的动态特性，首先，利用手 轮按照倍率×1、×10、×100、×1000的档位，测试伺服轴是否运行有 明显振动；其次，手动JOG/快速测试伺服轴是否运行平稳有振动；最 后，利用伺服软件测试伺服轴的扭矩波形(Tcmd)、速度波形(Vcmd)运行 是否平稳。
成功案例2
浅析： 机床在带载切削运行时， 有点很轻微的震动。加工 三维曲面，在Z轴爬坡处刀 纹抖动，加工效果不好。 分析跟Z轴震动相关。 解决过程： 1）测试Z轴的静态频率响 应曲线如左。
特殊案例的说明6
2)厂家进行机械的调整,再次进行频率响应测定，使用滤波器来抑制共振。波形好，加工效 果改善，问题解决。
准备条件－－4
频率响应主要是针对速度环进行测定，在测定频率响应环之前，需要注意电 流环HRV控制的设定，对于0i-C系列，HRV1/HRV2/HRV3都可以使用，但在0iD系列中，最少使用HRV2，使用HRV1将出现ALM456报警(非法电流环控制)。 此外，需要特别注意的是：在0iD系列，由于最少设定HRV2，相对于使用 HRV1，缩短了伺服电流采用周期，也进一步可能出现机床的高频振动。故：在 0iC系统中，不使用滤波器时，机床可能运行平稳，同样参数，在0iD系统中，可 能就会出现振动，遇到这样问题时，可以参考手动设定滤波器的方法，进行手动 消除振动。
调试时，速度环增益全部设在一 起，此时快速、切削速度环增益 相同
调试完成后，将速度环增益进行 细分，此时，快速增益为 200%，切削为400%
准备条件－－3
系统提供了速度环比例相高速处理功能(NO2017#7：1)以及加速反馈功能 (NO2066)，上述两个功能都是为进一步提高速度环响应的辅助功能，也即：在 上述两个功能下，速度环增益可以设定更大值。 一般情况下，小型车床、立加建议选用速度环比例相高速处理功能；龙门 落地镗铣床等负载惯量大的机床，在使用前者效果不好时，建议选用加速反馈功 能。
频率响应较特殊，但不影响轴稳定运行的情形
说明：由于机械装配、导轨的铲刮工艺(硬轨)、电机和机械的惯量匹配关系，测试的频率 响应曲线和理想响应曲线会有一定差异，原则上满足以下条件，进给轴都可以平稳运行。 条件1：10－200HZ之间，不能有超过10dB的点 条件2：200－1000HZ之间，需要逐步衰减，超调部分不能有超过－20dB的点；如果静摩 擦较大，在10－200HZ之间的响应基本都在0dB以下，200－1000HZ之间，不能有超过 －30dB的点(实际情况请仔细验证)。
说明 由于10－200HZ响应频宽基本都在0dB以下，在高频部分使用HRV滤波器滤波时，注意 需要将振荡点衰减至－30dB左右为宜。
特殊案例的说明2
全闭环齿轮齿条传动间隙较大情形
高频部分未有效衰减
说明 上述频率响应在高频部分没有有效衰减，发生振荡，利用滤波器无法进行滤波，需要 机械进行配合调整，减小半闭环时传动间隙的大小。
特殊案例的说明6
情况1
系统响应频宽内出现衰减
特殊案例的说明6
情况2
高频衰减部分不完全
成功案例1
浅析： 机床运行时Y轴有低沉共振声，加 工表面纹路粗糙，效果不好。这个是 二维的平面加工，从机床的运行情况 和加工效果来看，有震动。 解决过程： 1）测试Y轴的静态频率响应曲线如 左，从图来看，是机械特性不好或 者装配不良常出现的波形。使用滤波 器参数无法解决，需要进行机械修 调。
特殊案例的说明3
交叉影响情形
频率响应的测量往往是单轴测试，单轴分析。但是，在单轴测试稳定的情况下， 而在X、Y轴联动进给时出现：X轴在移动中时，对Y轴动态特性产生影响， 又产生振动。
在某点频率响应虽正常，但其它轴移 动时，出现振动
说明 解决该问题比较实用的方法是：利用TCMD滤波器功能，在参数NO2067：2000(约 110HZ)进行滤波，上述问题即可解决。
Z轴常出现的不良波形，高频出现共振，无法使用滤波器消除。会引起加 工表面不好。这种情况可以通过静态频率响应测定来协助判断，但需要修改Z 轴机械来改善。
成功案例分析
谢谢各位！
初测频率响应曲线分析
利用图形窗口中的【工具】――【频率响应】――【测量】可以测定如下频率响应如下：
曲线1和10dB线之间的余量Δ 10dB以下 高频振荡点低于-20dB
曲线1 响应பைடு நூலகம்宽
曲线2
初测频率的分析－1
说明： 所测试频率响应曲线分为上下两组曲线，曲线1为幅 频特性，曲线2为相频特性，调试中主要以曲线1作为考察伺 服特性的主要依据。 曲线1按照频率区域划分： 10Hz~200Hz为低频特性响应区，该区域内，接近0dB的曲 线代表系统的响应带宽，接近0dB 的曲线越宽，系统的响应 特性越好。 200Hz~1000Hz为高频特性衰减区，利用该区域的曲线，可 以测试出机床高频振荡点，利用系统HRV过滤器可以过滤振 荡点。
成功案例1
2)厂家进行机械的调整。再次进行频率响应测定，使用滤波器来抑制共振，低沉共振声消 除。加工效果改善，表面效果好，问题解决。机械修正后再进行调整的波形
当机械特性不良或者装配不好时，可能有低沉的共振声；导致加工中出现震 动，引起表面光洁度不好，纹路粗糙等问题。这种情况可以通过静态频率响应 测试的波形来协助判断，但需要通过修调机械来解决。
频率响应的测量及分析
胡年、徐少华、郭柯
频率响应的测量原理
• 利用伺服调试软件 Servo Guide 产生正弦 波扰动，将频率变化的正弦扰动输入至扭 矩指令，使得机床产生振动。 • 通过正弦波扰动输入和速度控制器输出， 即可获取速度环的频率响应。 • 原理图如下：
准备条件－－1
在设定伺服轴的基本参数基础上，首先需要在JOG方式，检验伺服电是否能 够在低刚性下稳定工作，一般小型机床速度环初始增益都可以设定至150％，位 置环增益设定至3000；大型机床速度环增益设定至100％，位置环增益设定至 1500～3000。如果在低刚性下，机床不能稳定，请检验机械安装是否完善，或 重新加载伺服电机参数，排除误设伺服参数引起的一些问题；再有可能需要事先 人为加入滤波点，先滤波再测试频率响应。 手动加入滤波器的方法为： 1)首先在一组中心频率中加入如下参数(也可以选择其它三组之一) NO2360：300(中心频率) NO2361：80(带宽) NO2362：10(阻尼) 2)利用JOG和自动G01进给，测试该轴运行是否稳定 如果机床振动无改善，则：将NO2360参数以每次50进行增加，并再次利用JOG 和G01进行，直至机床运行问题。
测试结果的说明 说明： 从上面的频率响应图可以看出，通过消伺服轴 的高频振荡点，可以保证在提高速度环增益后， 系统的响应带宽变宽，也即：通过测试伺服轴的 频率响应，结合滤波器消除高频振荡点，可以充 分发挥出伺服电机的刚性余量，又可以保证伺服 轴稳定运行。
特殊案例的说明1
硬轨机械传动摩擦较大情形
静摩擦较大时，响应滞后
准备条件－－2
由于在测试伺服轴的频率响应时，系统实际测试负载惯量比(NO2021)所对 应的响应曲线图，而在实际加工时，需要使用速度增益切换(NO2202#1：1)功 能，故调整时需要注意：将切削时速度增益倍率 (N02107) 设定为100，将快速/ 切削速度环增益设定相同值，速度环调试完成后，结合切削时速度增益倍率 (N02107)，将快速/切削速度环增益分开设定。
特殊案例的说明4
动态特性的突变情形 在有些机床上(特别是大型机床或丝杠传动长的轴)，使用速 度环比例相高速处理功能，在某一点测试的频率响应很好， 但是，一旦移动起来，机床就出现振动，出现该类情况， 请尝试使用加速反馈功能NO2066。
特殊案例的说明5
电机选择偏小情况下的频率响应
伺服响应频宽较窄
特殊案例的说明6