安川伺服驱动器增益设置方法.ppt

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1、YASKAWA前言前言 伺服调整的基本是伺服调整的基本是配合机械特性进行滤波器的设定配合机械特性进行滤波器的设定配合机械特性进行滤波器的设定配合机械特性进行滤波器的设定以及针对此滤波器的设定以及针对此滤波器的设定提高增益直至控制达到稳定状态提高增益直至控制达到稳定状态提高增益直至控制达到稳定状态提高增益直至控制达到稳定状态。因此，多少也需要掌握有关机械方面的知识和控制方面的知识。因此，多少也需要掌握有关机械方面的知识和控制方面的知识。只有单方面的知识是不能使其有效的发挥性能的。只有单方面的知识是不能使其有效的发挥性能的。为此，本讲习是对必须掌握的最低限度的有关控制和机械方面的知识做初步的说明为

2、此，本讲习是对必须掌握的最低限度的有关控制和机械方面的知识做初步的说明。YASKAWA前馈控制和反馈控制前馈控制和反馈控制目标指令目标指令输出输出前馈控制器前馈控制器反馈控制器反馈控制器控制对象控制对象前馈的流向前馈的流向反馈回路反馈回路前馈控制前馈控制：预测输出预测输出。不参考实际的输出不参考实际的输出。若控制对象有正确的模型，仅前馈控制已经足够了若控制对象有正确的模型，仅前馈控制已经足够了。模型中存在误差，还包含参数的变动、外乱等模型中存在误差，还包含参数的变动、外乱等。反馈控制的必要性反馈控制的必要性。反馈控制反馈控制：为了使追踪偏差趋于为了使追踪偏差趋于0 0，必须使反馈增益无限大，必

3、须使反馈增益无限大。无法实现无法实现。平衡良好的使用反馈和前馈两者平衡良好的使用反馈和前馈两者在在机床上，对轨迹追随性的要求非常严格机床上，对轨迹追随性的要求非常严格关于控制关于控制（）（）YASKAWA若提高增益会引起什么呢若提高增益会引起什么呢？在伺服调整中，经常使用的增益有速度比例增益，位置比例增益。在伺服调整中，经常使用的增益有速度比例增益，位置比例增益。当在伺服调整中发生问题时，为避免执行错误的对策，必须要了解在提高增益时会引发哪些情况。当在伺服调整中发生问题时，为避免执行错误的对策，必须要了解在提高增益时会引发哪些情况。优点优点 响应变快响应变快 抗干扰增强抗干扰增强 追踪性提高追

4、踪性提高缺点缺点 产生产生机械共振机械共振机械共振机械共振 由于延迟要素和干扰而变得不稳定由于延迟要素和干扰而变得不稳定控制体自身产生振动控制体自身产生振动控制体自身产生振动控制体自身产生振动具有代表性的延迟要素具有代表性的延迟要素速度比例增益时速度比例增益时：转矩滤波器全部转矩滤波器全部位置比例位置比例增益时增益时：速度比例增益速度比例增益提高增益时会产生提高增益时会产生2种振动种振动重要重要关于控制关于控制（2）YASKAWA关于控制关于控制（3）若加入滤波器会引起什么呢？若加入滤波器会引起什么呢？在伺服里各种滤波器作为一种应对振动的对策被使用。但是，如果使用错误的话，在伺服里各种滤波器作

5、为一种应对振动的对策被使用。但是，如果使用错误的话，相反的也会引起振动。为掌握怎样的使用方法才是正确的，必须要了解加入滤波器后会引发哪些情况。相反的也会引起振动。为掌握怎样的使用方法才是正确的，必须要了解加入滤波器后会引发哪些情况。使用滤波器后（增大时间常数）会引起如下现象。使用滤波器后（增大时间常数）会引起如下现象。优点优点能够抑制机械共振能够抑制机械共振。缺点缺点延迟要素增加而变得不稳定，控制体自身产生振动延迟要素增加而变得不稳定，控制体自身产生振动。滤波器滤波器 作为由机械共振而引起振动时的对策是作为由机械共振而引起振动时的对策是 作为由控制不稳定而引起振动时的对策是作为由控制不稳定而引

6、起振动时的对策是重要重要YASKAWA关于控制关于控制（4）关于发生振动的结构关于发生振动的结构发生的振动是发生的振动是提高增益提高增益提高增益提高增益机械共振，控制体自身不稳定的振动机械共振，控制体自身不稳定的振动机械共振，控制体自身不稳定的振动机械共振，控制体自身不稳定的振动 加入滤波器加入滤波器加入滤波器加入滤波器控制不稳定的振动控制不稳定的振动控制不稳定的振动控制不稳定的振动伺服调整的基本是伺服调整的基本是为了加快响应而提高增益为了加快响应而提高增益由于增益的提高而产生了机械共振由于增益的提高而产生了机械共振通过加入陷波滤波器；延长转矩滤波器的时间常数来应对通过加入陷波滤波器；延长转矩

7、滤波器的时间常数来应对为了加快响应而提高增益为了加快响应而提高增益产生控制体自身的振动产生控制体自身的振动（增益已不能再提高增益已不能再提高）按照以上的步骤执行按照以上的步骤执行。由于根据产生的振动，采取的对策有很大的不同，因此对发生振动的辨别能力是很重要的。由于根据产生的振动，采取的对策有很大的不同，因此对发生振动的辨别能力是很重要的。重要重要YASKAWA关于装置关于装置（）（）说明说明关于组合伺服和装置时发生的振动。另外介绍具有代表性构造的机械特性关于组合伺服和装置时发生的振动。另外介绍具有代表性构造的机械特性。3 1 装置的振动，伺服的振动装置的振动，伺服的振动3 2 SigmaWin

8、的机械分析和振动的关系的机械分析和振动的关系3 3 具有代表性构造的机械特性具有代表性构造的机械特性 YASKAWA3 3 关于装置关于装置（）（）3 1 装置的振动装置的振动，伺服的振动伺服的振动 用用1个弹簧将伺服和装置简单的连接起来。个弹簧将伺服和装置简单的连接起来。此时若让伺服缓缓提高速度做往复动作，就会呈现此时若让伺服缓缓提高速度做往复动作，就会呈现“装置比伺服更大幅度摇摆的状态装置比伺服更大幅度摇摆的状态”和和“装置几乎不动的状态装置几乎不动的状态”。装置比伺服更大幅度摇摆时的往复间隔称之为装置比伺服更大幅度摇摆时的往复间隔称之为“装置的装置的固有振动数固有振动数固有振动数固有振动

9、数，反共振频率反共振频率反共振频率反共振频率”，装置几乎不动时的往复间隔称之为装置几乎不动时的往复间隔称之为“共振频率共振频率共振频率共振频率”。动作动作装置装置伺服伺服慢慢快快装置的移动量装置的移动量伺服的移动量伺服的移动量 缓慢动作缓慢动作装置和伺服一同装置和伺服一同 动作动作装置比伺服更大幅度装置比伺服更大幅度的摇摆的摇摆装置几乎不动装置几乎不动装置的装置的固有振动数固有振动数反共振频率反共振频率伺服的伺服的机械共振机械共振共振频率共振频率YASKAWA3 11 装置的固有振动数装置的固有振动数，反共振频率反共振频率若动作变快，装置若动作变快，装置因固有振动数因固有振动数而而变得摇摆不定

10、变得摇摆不定。在即将要发生摇摆动作的时候让伺服停止，有时伺服虽到达停止位置，但此时弹簧仍弯曲。在即将要发生摇摆动作的时候让伺服停止，有时伺服虽到达停止位置，但此时弹簧仍弯曲。直至此弯曲的弹簧变直之前装置都是边摇边停的。此时伺服只受到制止装置摇动的反作用力。直至此弯曲的弹簧变直之前装置都是边摇边停的。此时伺服只受到制止装置摇动的反作用力。装置装置伺服伺服装置比伺服更大幅度装置比伺服更大幅度的摇摆的摇摆伺伺服服停停止止装置边摇边停装置边摇边停伺服受到反作用力伺服受到反作用力3 3 关于装置关于装置（）（）YASKAWA3 3 关于装置关于装置（）（）3 12 伺服的机械共振伺服的机械共振，共振频率

11、共振频率 在本公司的伺服中有负载惯性力矩比（线性电机时叫作质量比）这个用户参数。在本公司的伺服中有负载惯性力矩比（线性电机时叫作质量比）这个用户参数。此参数考虑到装置整体，设定比较一般。此参数考虑到装置整体，设定比较一般。若伺服的响应速度变快而装置处于几乎不动的状态的话，则会变为若伺服的响应速度变快而装置处于几乎不动的状态的话，则会变为“装置几乎不动装置几乎不动未连接装置未连接装置”，达到负载惯性力矩比的设定过大的状态。达到负载惯性力矩比的设定过大的状态。实质上，实质上，会变为和速度比例增益大相同的状态会变为和速度比例增益大相同的状态会变为和速度比例增益大相同的状态会变为和速度比例增益大相同的

12、状态然后发生振动。然后发生振动。装置装置伺服伺服装置几乎不动装置几乎不动无装置无装置 负载惯性力矩设定大负载惯性力矩设定大 速度比例增益大速度比例增益大产产产产 生生生生 振振振振 动动动动YASKAWA3 3 关于装置关于装置（）（）3 2 SigmaWin的机械分析和振动的关系的机械分析和振动的关系机械共振机械共振机械共振机械共振（共振频率共振频率共振频率共振频率）是指是指“变得像无负载的状态变得像无负载的状态伺服轻快动作伺服轻快动作增益提高增益提高”，在在SigmaWin的机械分析的增益线图上呈的机械分析的增益线图上呈山山山山状状。装置的装置的固有振动数固有振动数固有振动数固有振动数（反

13、共振频率反共振频率反共振频率反共振频率）是指是指“伺服受到反作用力伺服受到反作用力伺服的动作被抑制伺服的动作被抑制增益下降增益下降”，在在SigmaWin的机械分析的增益线图上呈的机械分析的增益线图上呈谷谷谷谷状状。伺服在负载变轻后动伺服在负载变轻后动作轻快作轻快伺服受到反作用力，动伺服受到反作用力，动作困难作困难增益降低增益降低增益提高增益提高共振频率共振频率共振频率共振频率反共振频率反共振频率反共振频率反共振频率YASKAWA3 3 关于装置关于装置（）（）3 3 具有代表性构造的机械特性具有代表性构造的机械特性331 滚珠丝杠结构滚珠丝杠结构滚珠滚珠丝杠杠结构的构的场合，合，机械分析的机

14、械分析的结果果产生生2 2个（以上）峰个（以上）峰值。并且，各自的振并且，各自的振动如下。如下。（）（）（）（）在在在在滚滚珠珠珠珠丝丝杠的螺母部的杠的螺母部的杠的螺母部的杠的螺母部的刚刚性体（旋性体（旋性体（旋性体（旋转转）运）运）运）运动动（频频率率率率较较低的峰低的峰低的峰低的峰值值）（）（）（）（）滚滚珠珠珠珠丝丝杠杠杠杠 联轴联轴器的扭器的扭器的扭器的扭转转共振共振共振共振（频频率率率率较较高的峰高的峰高的峰高的峰值值）YASKAWA3 3 关于装置关于装置（）（）3 3 具有代表性构造的机械特性具有代表性构造的机械特性332 皮带构造皮带构造皮皮带构造的构造的场合，合，机械分析的机

15、械分析的结果果产生生1 1个峰个峰值。其特点是峰其特点是峰其特点是峰其特点是峰顶顶和峰谷之和峰谷之和峰谷之和峰谷之间间的的的的频频率差以率差以率差以率差以及增益及增益及增益及增益 相位的相位的相位的相位的变变化比化比化比化比较较大。大。大。大。YASKAWA关于振关于振动的的对策策（）由伺服调整引起的振动有由伺服调整引起的振动有3种类型。关于此振动的特征和对策在此进行说明。种类型。关于此振动的特征和对策在此进行说明。4 1 机械共振机械共振4 2 由控制不稳定引起的振动由控制不稳定引起的振动4 3 因惯性力引起的装置的摇摆因惯性力引起的装置的摇摆 YASKAWA关于振关于振动的的对策策（）（）

16、4 1 机械共振机械共振 机械共振是在伺服调整中机械共振是在伺服调整中提高速度比例增益时提高速度比例增益时提高速度比例增益时提高速度比例增益时，缩短转矩滤波器的情况下发生的比较多。缩短转矩滤波器的情况下发生的比较多。一般的机械共振的对策就是一般的机械共振的对策就是使用各种滤波器使用各种滤波器使用各种滤波器使用各种滤波器。经常使用的滤波器有经常使用的滤波器有 转矩滤波器转矩滤波器（Pn401等等）陷波滤波器陷波滤波器 由于机械共振在由于机械共振在SigmaWin机械分析的机械分析的增益线图中呈现山状，所以在进行伺服调整增益线图中呈现山状，所以在进行伺服调整之前如果先实行机械分析的话可以讨论出适之

17、前如果先实行机械分析的话可以讨论出适合装置的滤波器设定。合装置的滤波器设定。机械共振的辨别方法机械共振的辨别方法减小转矩滤波器减小转矩滤波器（Pn401等等）的时间常数的时间常数振动（声音）恶化振动（声音）恶化重要重要陷波滤波器YASKAWA4 2 由控制不稳定引起的振动由控制不稳定引起的振动 由控制不稳定引起的振动是因为增益和延迟要素的关系不适当而引起的。控制不稳定引起的振动几乎都是在由控制不稳定引起的振动是因为增益和延迟要素的关系不适当而引起的。控制不稳定引起的振动几乎都是在提高增益时提高增益时提高增益时提高增益时追加滤波器时追加滤波器时追加滤波器时追加滤波器时增大滤波器的时间常数时增大滤

18、波器的时间常数时增大滤波器的时间常数时增大滤波器的时间常数时 发生的。另外一般情况下，即使设定了平衡性很好的参数（例如出厂参数），由于装置本身的原因也会引起振动。发生的。另外一般情况下，即使设定了平衡性很好的参数（例如出厂参数），由于装置本身的原因也会引起振动。发生振动的装置的特征如下发生振动的装置的特征如下 有皮带结构的装置有皮带结构的装置 负载惯性力矩比大的装置负载惯性力矩比大的装置此种振动的对策一般是此种振动的对策一般是降低增益降低增益降低增益降低增益，缩短滤波器的时间常数缩短滤波器的时间常数缩短滤波器的时间常数缩短滤波器的时间常数。对于此种振动对于此种振动严禁使用滤波器严禁使用滤波器严

19、禁使用滤波器严禁使用滤波器。由控制不稳定引起的振动的辨别方法由控制不稳定引起的振动的辨别方法减小转矩滤波器减小转矩滤波器（Pn401等等）的时间常数的时间常数振动（声音）改善振动（声音）改善重要重要关于振关于振动的的对策策（）（）YASKAWA4 3 因惯性力引起的装置的摇摆因惯性力引起的装置的摇摆 因惯性力引起的装置的摇摆是因为加快装置的动作引起的。因惯性力引起的装置的摇摆是因为加快装置的动作引起的。在伺服调整中有时是因为提高响应（例如增大位置环增益，使用前馈等）而产生的。在伺服调整中有时是因为提高响应（例如增大位置环增益，使用前馈等）而产生的。此类振动随着时间的推移而逐渐改善，伺服方面没有

20、发生振动。此类振动随着时间的推移而逐渐改善，伺服方面没有发生振动。此类振动的对策是改善指令。改善指令的方法有此类振动的对策是改善指令。改善指令的方法有使用指令滤波器使用指令滤波器降低指令的加速度降低指令的加速度（需要向用户建议需要向用户建议。）。）等等。若若发发生此生此类类振振动动，不管，不管实实施怎施怎样样的伺服的伺服调调整，都不能在此基整，都不能在此基础础上更快了。上更快了。能能够够达到怎达到怎样样的快速水平依的快速水平依赖赖于装置的于装置的摇摆频摇摆频率。率。频频率越高就越快。率越高就越快。因惯性力引起的装置的摇摆的辨别方法因惯性力引起的装置的摇摆的辨别方法增大指令滤波器的时间常数增大指

21、令滤波器的时间常数摇动变小摇动变小重要重要关于振关于振动的的对策策（）（）YASKAWA伺服伺服调整的方法整的方法伺服调整基本是按照伺服调整基本是按照通过调整支持功能进行调整通过调整支持功能进行调整 手动调整手动调整的顺序对响应性进行改善的。的顺序对响应性进行改善的。此时此时、负载惯性力矩比的设定是非常重要负载惯性力矩比的设定是非常重要负载惯性力矩比的设定是非常重要负载惯性力矩比的设定是非常重要的的。进行调整之前请务必设定。进行调整之前请务必设定。下面，对如何能够进行正常的设定进行说明下面，对如何能够进行正常的设定进行说明。5 1 关于调整支持功能关于调整支持功能5 2 关于手动调整关于手动调

22、整YASKAWA5 1 关于调整支持的功能关于调整支持的功能5-1-1 惯性力矩推定惯性力矩推定 质量推定质量推定（SigmaWin+）伺服伺服调整的方法整的方法 Step1在在在在Pn103Pn103中设定中设定中设定中设定正确的惯性力矩比正确的惯性力矩比正确的惯性力矩比正确的惯性力矩比（质量比质量比质量比质量比）后即考虑了环增益的增益后即考虑了环增益的增益后即考虑了环增益的增益后即考虑了环增益的增益平衡性，则可实现伺服调整。平衡性，则可实现伺服调整。平衡性，则可实现伺服调整。平衡性，则可实现伺服调整。伺服伺服伺服伺服调调整的整的整的整的短短短短时间时间化化化化 稳稳定化定化定化定化YASK

23、AWA伺服伺服调整的方法整的方法 Step 5 1 关于调整支持的功能关于调整支持的功能5-1-3 陷波滤波器的设定陷波滤波器的设定（SigmaWin+机械分析机械分析）由于机械共振在由于机械共振在SigmsaWin机械分析的增益线图中呈现山状，机械分析的增益线图中呈现山状，所以在进行伺服调整之前如果先进行机械分析的话，所以在进行伺服调整之前如果先进行机械分析的话，可以讨论出适合装置的可以讨论出适合装置的陷波滤波器陷波滤波器陷波滤波器陷波滤波器(Pn409)(Pn409)的设定。的设定。YASKAWA伺服伺服调整的方法整的方法 Step 5 2 关于手动调整关于手动调整5-2-1 个别装置的手

24、动调整个别装置的手动调整即使设定考虑了增益平衡性的参数，由于装置本身的原因在停止时也有发生振动的情况。即使设定考虑了增益平衡性的参数，由于装置本身的原因在停止时也有发生振动的情况。发生振动的装置的特征如下发生振动的装置的特征如下 有皮带结构的装置有皮带结构的装置 负载惯性力矩比大的装置负载惯性力矩比大的装置此类振动的对策是在实施调整支持功能后此类振动的对策是在实施调整支持功能后 缩短滤波器的时间常数缩短滤波器的时间常数缩短滤波器的时间常数缩短滤波器的时间常数如果这样还是不行的话如果这样还是不行的话降低增益降低增益降低增益降低增益降低增益导致响应性不足，无法满足规定要求时，需要降低增益导致响应性

25、不足，无法满足规定要求时，需要使用增益切换功能，仅在停止时降低增益使用增益切换功能，仅在停止时降低增益使用增益切换功能，仅在停止时降低增益使用增益切换功能，仅在停止时降低增益和手动调整和手动调整。YASKAWA伺服伺服调整的方法整的方法 Step 5 2 关于手动调整关于手动调整5-2-2 缩短定位时间的手动调整缩短定位时间的手动调整 前馈功能前馈功能前馈功能前馈功能（Pn109,Pn10APn109,Pn10A）如果这样还是不行的话，需要使用如果这样还是不行的话，需要使用 模式开关模式开关模式开关模式开关模式开关在过于降低界限值后受摩擦的影响，可能会在模式开关在过于降低界限值后受摩擦的影响，

26、可能会在P控制切换到控制切换到P-I控制之前控制之前在积存有位置偏差的状态下停止，因此最好能控制使用在积存有位置偏差的状态下停止，因此最好能控制使用。YASKAWA伺服伺服调整的方法整的方法 其他其他（）（）5 2 关于手动调整关于手动调整5-2-3 为抑制由惯性力引起的装置摇摆的手动调整为抑制由惯性力引起的装置摇摆的手动调整变更为变更为变更为变更为跃度跃度跃度跃度（加速度变化加速度变化加速度变化加速度变化）变小的指令形状。变小的指令形状。变小的指令形状。变小的指令形状。变更上位控制器的指令变更上位控制器的指令变更上位控制器的指令变更上位控制器的指令。exexexex）S S S S字字字字加

27、减速加减速加减速加减速、旋旋旋旋轮线轮线等等等等设设定移定移定移定移动动平均平均平均平均滤滤波器波器波器波器（Pn207.0=1,Pn208Pn207.0=1,Pn208）。加振点加振点加振点加振点指令指令指令指令由于各加振点由于各加振点由于各加振点由于各加振点机台振动机台振动机台振动机台振动实际上由于这些振动叠加起实际上由于这些振动叠加起实际上由于这些振动叠加起实际上由于这些振动叠加起来，残留的振动逐渐增大。来，残留的振动逐渐增大。来，残留的振动逐渐增大。来，残留的振动逐渐增大。指令指令指令指令加速度加速度加速度加速度加速度加速度加速度加速度变化变化变化变化梯形梯形梯形梯形指令指令指令指令字

28、字字字加减速加减速加减速加减速指令指令指令指令加振力加振力加振力加振力小小小小YASKAWA伺服伺服调整的方法整的方法 其他其他（）（）5 2 关于手动调整关于手动调整5-2-4 为抑制由于受输入指令的影响而引起的振动的手动调整为抑制由于受输入指令的影响而引起的振动的手动调整 变更上位控制器的指令变更上位控制器的指令变更上位控制器的指令变更上位控制器的指令。指令的速度分辨率指令的速度分辨率指令的速度分辨率指令的速度分辨率UPUP（提高）提高）提高）提高）指令的更新周期指令的更新周期指令的更新周期指令的更新周期UPUP（加快）加快）加快）加快）设设定移定移定移定移动动平均平均平均平均滤滤波器波器

29、波器波器（Pn207.0=1,Pn208Pn207.0=1,Pn208）。在在在在Pn208Pn208中中中中设设定指令更新周期以上的定指令更新周期以上的定指令更新周期以上的定指令更新周期以上的值值。但是但是但是但是仅仅在在在在Pn208Pn208中中中中设设定定定定值值会延会延会延会延长长整定整定整定整定时间时间。指指指指令令令令更更更更新新新新周周周周期期期期缓缓缓缓慢慢慢慢指令呈阶梯状指令呈阶梯状指令呈阶梯状指令呈阶梯状位置环的响应性良好，追随指令产生振动位置环的响应性良好，追随指令产生振动位置环的响应性良好，追随指令产生振动位置环的响应性良好，追随指令产生振动速度分辨率低速度分辨率低速度分辨率低速度分辨率低指令指令指令指令不平滑不平滑不平滑不平滑位置环的响应性良好，追随指令产生振动位置环的响应性良好，追随指令产生振动位置环的响应性良好，追随指令产生振动位置环的响应性良好，追随指令产生振动速度速度速度速度分辨率分辨率分辨率分辨率实际的指令实际的指令实际的指令实际的指令理想的指令理想的指令理想的指令理想的指令实际的指令实际的指令实际的指令实际的指令理想的指令理想的指令理想的指令理想的指令指令更新周期指令更新周期指令更新周期指令更新周期转矩转矩转矩转矩转矩转矩转矩转矩