摘要：本文介紹了壘數(shù)字交流伺服系統(tǒng)增益調(diào)整的基本準(zhǔn)則和設(shè)定方法，描述了位置環(huán)增益和速度環(huán)增益之間的相互關(guān)系，對不同的剛性連接和不阿的負(fù)載慣量應(yīng)采取的對策也作了一定的分析。 關(guān)鍵詞：增益；慣量；積分時(shí)間常數(shù)

Analysis of Gain Aajusting for Digital AC Servo System

XIA Yah—lan

Abstract： This paper introduces tI1e basic criteria and gain method of AC system．The reltionship between position loop in and speed loop in is described．The for diferent rigid couping and different load inertia is analyzed． Key words：gain；inertia；integration tirae constant 全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)由于其卓越的性能，在當(dāng)今工業(yè)界正得到越來越廣泛的應(yīng)用。但要想把交流伺服與機(jī)械的匹配調(diào)整到最佳狀態(tài)，并不是件很容易的事。其中最重要的也是最難調(diào)整的，就是位置環(huán)和速度環(huán)的增益。下面主要分析位置控制中增益的調(diào)整。 1 全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 從附圖中可看到，伺服系統(tǒng)包含三個(gè)閉環(huán)反饋：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。用戶不能調(diào)整電流環(huán)參數(shù)，設(shè)計(jì)中已保證電流環(huán)有足夠的增益響應(yīng)。用戶需根據(jù)機(jī)器的剛性及負(fù)載情況，調(diào)整位置環(huán)增益和速度環(huán)的增益、速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)等參數(shù)，位置環(huán)和速度環(huán)必須同時(shí)被調(diào)整，以取得平衡的響應(yīng)。如果僅增加位置環(huán)增益，速度參考值將波動，其結(jié)果是定位時(shí)間加長并產(chǎn)生振蕩。因此，位置環(huán)和速度環(huán)的參數(shù)是互相影響、互相制約的。根據(jù)整機(jī)的性能及負(fù)載的狀況將伺服性能調(diào)整好，是用好全數(shù)字交流伺服的關(guān)鍵。 2 增益調(diào)整的基本準(zhǔn)則 a）位置環(huán)增益K[sub]p[/sub]。位置環(huán)增益主要影響伺服系統(tǒng)的響應(yīng)。設(shè)定值越大，動態(tài)響應(yīng)越快，跟蹤誤差越小，定位時(shí)間越短；但過大，有可能引起振動。因此．在整機(jī)穩(wěn)定的前提下，盡量設(shè)定的較大。 b）速度環(huán)的增益k[sub]v[/sub] 。此參數(shù)決定速度環(huán)的響應(yīng)性．在機(jī)械系統(tǒng)不產(chǎn)生振動范圍內(nèi)，盡可能設(shè)定較大值。此外，速度環(huán)的增益k[sub]v[/sub] 的設(shè)定與負(fù)載慣量有密切聯(lián)系。一般來說，負(fù)載慣量越大，k[sub]v[/sub] 應(yīng)設(shè)定得越大。 c）速度環(huán)積分時(shí)問常數(shù)T[sub]t[/sub]。在允許范圍內(nèi)，盡量設(shè)定較小值。 3 各環(huán)路增益調(diào)整的分析 3．1 位置環(huán)增益 K[sub]p[/sub]的調(diào)整 位置環(huán)增益K[sub]p[/sub]與整機(jī)的機(jī)械剛性有關(guān)。高剛性的連接時(shí)，位置環(huán)增益 K[sub]p[/sub]值可設(shè)定得較大，但不超過機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率，可得到較高的動態(tài)響應(yīng)。中剛性和低剛性的連接時(shí)， K[sub]p[/sub]的設(shè)定值不能太高。否則會產(chǎn)生振蕩。一般情況下，機(jī)械剛性可按下面幾種情況分類： a）電機(jī)與滾珠絲杠直連。絲杠較短，可認(rèn)為是高剛性的連接，如精密加工機(jī)床、芯片插裝機(jī)等，其機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率通常能達(dá)到70Hz。此時(shí)，位置環(huán)增益 最大值可設(shè)定為70（1ts）。 b）用齒輪或同步帶耦合，則為中剛性的連接；用齒條、鏈條或諧波齒輪減速機(jī)來傳動，則為低剛性的連接。帶有齒輪傳動的機(jī)器人結(jié)構(gòu)，剛性較差，其固有頻率約在5～30Hz之間，其位置環(huán)增益 通常只能在10—30（1ts）間設(shè)定。為增加機(jī)械剛性，電機(jī)負(fù)載必須牢固地固定在堅(jiān)硬的基礎(chǔ)上，電機(jī)軸與負(fù)載問的耦合必須是高剛性的。如果用同步帶傳動，同步帶必須有較大寬度，必須盡量減小耦合齒輪的間隙。 3．2 速度環(huán)的增益k[sub]v[/sub]調(diào)整 在交流伺服選型時(shí)，有些情況下，用戶往往只考慮電機(jī)的功率和扭矩，忽略了負(fù)載慣量這個(gè)很重要的參數(shù)。通常全數(shù)字交流伺服電機(jī)分為大、中、小慣量三種類別，以滿足用戶不同需求的選型。一般情況下，折合到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量在電機(jī)慣量的3O倍以內(nèi)時(shí)，全數(shù)字交流伺服均能正常工作。若負(fù)載慣量過大，其傳動系統(tǒng)的性能指標(biāo)將變差。遵循速度環(huán)增益 在允許范圍內(nèi)越大越好的原則，在高剛性機(jī)械如精密加工機(jī)床等，隨著負(fù)載慣量與電機(jī)慣量比值的增加，速度環(huán)的增益 設(shè)定值應(yīng)加大，以保證整個(gè)系統(tǒng)具有較高的響應(yīng)。但在負(fù)載慣量比>10時(shí)，位置環(huán)增益K[sub]p[/sub]和速度環(huán)增益增加量不能太大，同時(shí)需加大速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)n，以保證機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定。對于中剛性和低剛性的機(jī)械，在相同的負(fù)載慣量比時(shí)， 值要酌情減小，同時(shí)將速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)值增大。 3．3 速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)孔T[sub]i[/sub] 速度環(huán)積分環(huán)節(jié)的主要作用是使系統(tǒng)對微小的輸人有響應(yīng)。由于此積分環(huán)節(jié)的延時(shí)作用，積分時(shí)間常數(shù)T[sub]i[/sub] 的增將使定位時(shí)問增加，響應(yīng)將變慢，因此，應(yīng)盡量減小T[sub]i[/sub]的值。然而，如果負(fù)載慣量很大或機(jī)械系統(tǒng)剛性較差時(shí)，為防止振動，必須加大速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)T[sub]i[/sub] 。 4 位置控制時(shí)增益的設(shè)定方法 由于各參數(shù)間的相互制約，整機(jī)剛性及負(fù)載慣量的不明確，增益調(diào)整時(shí)往往使人感覺無從下手，通?？砂慈缦马樞蜻M(jìn)行： a）將位置環(huán)增益K[sub]p[/sub]先設(shè)在較低值，然后在不產(chǎn)生異常響聲和振動的前提下，逐漸增加速度環(huán)的增益 至最大值。在此三個(gè)參數(shù)中，只有K[sub]v[/sub]與負(fù)載慣量的關(guān)系最密切。調(diào)整K[sub]v[/sub]時(shí)，可參考傳動鏈的結(jié)構(gòu)方式和負(fù)載慣量的大小，預(yù)定設(shè)置范圍。 b）逐漸降低K[sub]v[/sub]值，加大位置環(huán)增益K[sub]p[/sub]值。在整個(gè)響應(yīng)無超詞、無振動的前提下，將K[sub]p[/sub]值設(shè)至最大。 c）速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)T[sub]i[/sub] 取決于定位時(shí)間的長短，在機(jī)械系統(tǒng)不振動的前提下，盡量減小此設(shè)定值。 d）在取得單步響應(yīng)后，對位置環(huán)增益K[sub]P[/sub] 、速度環(huán)增益島及積分時(shí)間常數(shù)T[sub]i[/sub] 進(jìn)行微調(diào)，找到最佳的匹配點(diǎn)。 在調(diào)整高剛性機(jī)械傳動性能時(shí)，為進(jìn)一步改善動態(tài)響應(yīng)速度，減小跟隨誤差，可設(shè)定前饋增益。但此值過大，將出現(xiàn)速度超調(diào)及振動現(xiàn)象。現(xiàn)在，全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)中已采用自動調(diào)整的方式來設(shè)定增益。但在很多場合，如剛性較差、間隙較大、行程過長的場合，均無法完成自動調(diào)整。此時(shí)，必須在掌握各環(huán)路增益相互關(guān)系及調(diào)整方法的情況下，才能完成機(jī)器的調(diào)試工作。 全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)增益調(diào)整分析：PDF