摘要：本文介紹了壘數字交流伺服系統增益調整的基本準則和設定方法，描述了位置環增益和速度環增益之間的相互關系，對不同的剛性連接和不阿的負載慣量應采取的對策也作了一定的分析。 關鍵詞：增益；慣量；積分時間常數

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 全數字交流伺服系統由于其卓越的性能，在當今工業界正得到越來越廣泛的應用。但要想把交流伺服與機械的匹配調整到最佳狀態，并不是件很容易的事。其中最重要的也是最難調整的，就是位置環和速度環的增益。下面主要分析位置控制中增益的調整。 1 全數字交流伺服系統的結構框圖 從附圖中可看到，伺服系統包含三個閉環反饋：位置環、速度環、電流環。用戶不能調整電流環參數，設計中已保證電流環有足夠的增益響應。用戶需根據機器的剛性及負載情況，調整位置環增益和速度環的增益、速度環積分時間常數等參數，位置環和速度環必須同時被調整，以取得平衡的響應。如果僅增加位置環增益，速度參考值將波動，其結果是定位時間加長并產生振蕩。因此，位置環和速度環的參數是互相影響、互相制約的。根據整機的性能及負載的狀況將伺服性能調整好，是用好全數字交流伺服的關鍵。 2 增益調整的基本準則 a）位置環增益K[sub]p[/sub]。位置環增益主要影響伺服系統的響應。設定值越大，動態響應越快，跟蹤誤差越小，定位時間越短；但過大，有可能引起振動。因此．在整機穩定的前提下，盡量設定的較大。 b）速度環的增益k[sub]v[/sub] 。此參數決定速度環的響應性．在機械系統不產生振動范圍內，盡可能設定較大值。此外，速度環的增益k[sub]v[/sub] 的設定與負載慣量有密切聯系。一般來說，負載慣量越大，k[sub]v[/sub] 應設定得越大。 c）速度環積分時問常數T[sub]t[/sub]。在允許范圍內，盡量設定較小值。 3 各環路增益調整的分析 3．1 位置環增益 K[sub]p[/sub]的調整 位置環增益K[sub]p[/sub]與整機的機械剛性有關。高剛性的連接時，位置環增益 K[sub]p[/sub]值可設定得較大，但不超過機械系統的固有頻率，可得到較高的動態響應。中剛性和低剛性的連接時， K[sub]p[/sub]的設定值不能太高。否則會產生振蕩。一般情況下，機械剛性可按下面幾種情況分類： a）電機與滾珠絲杠直連。絲杠較短，可認為是高剛性的連接，如精密加工機床、芯片插裝機等，其機械系統的固有頻率通常能達到70Hz。此時，位置環增益 最大值可設定為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來傳動，則為低剛性的連接。帶有齒輪傳動的機器人結構，剛性較差，其固有頻率約在5～30Hz之間，其位置環增益 通常只能在10—30（1ts）間設定。為增加機械剛性，電機負載必須牢固地固定在堅硬的基礎上，電機軸與負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 速度環的增益k[sub]v[/sub]調整 在交流伺服選型時，有些情況下，用戶往往只考慮電機的功率和扭矩，忽略了負載慣量這個很重要的參數。通常全數字交流伺服電機分為大、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，折合到電機軸上的負載慣量在電機慣量的3O倍以內時，全數字交流伺服均能正常工作。若負載慣量過大，其傳動系統的性能指標將變差。遵循速度環增益 在允許范圍內越大越好的原則，在高剛性機械如精密加工機床等，隨著負載慣量與電機慣量比值的增加，速度環的增益 設定值應加大，以保證整個系統具有較高的響應。但在負載慣量比>10時，位置環增益K[sub]p[/sub]和速度環增益增加量不能太大，同時需加大速度環積分時間常數n，以保證機械系統的穩定。對于中剛性和低剛性的機械，在相同的負載慣量比時， 值要酌情減小，同時將速度環積分時間常數值增大。 3．3 速度環積分時間常數孔T[sub]i[/sub] 速度環積分環節的主要作用是使系統對微小的輸人有響應。由于此積分環節的延時作用，積分時間常數T[sub]i[/sub] 的增將使定位時問增加，響應將變慢，因此，應盡量減小T[sub]i[/sub]的值。然而，如果負載慣量很大或機械系統剛性較差時，為防止振動，必須加大速度環積分時間常數T[sub]i[/sub] 。 4 位置控制時增益的設定方法 由于各參數間的相互制約，整機剛性及負載慣量的不明確，增益調整時往往使人感覺無從下手，通常可按如下順序進行： a）將位置環增益K[sub]p[/sub]先設在較低值，然后在不產生異常響聲和振動的前提下，逐漸增加速度環的增益 至最大值。在此三個參數中，只有K[sub]v[/sub]與負載慣量的關系最密切。調整K[sub]v[/sub]時，可參考傳動鏈的結構方式和負載慣量的大小，預定設置范圍。 b）逐漸降低K[sub]v[/sub]值，加大位置環增益K[sub]p[/sub]值。在整個響應無超詞、無振動的前提下，將K[sub]p[/sub]值設至最大。 c）速度環積分時間常數T[sub]i[/sub] 取決于定位時間的長短，在機械系統不振動的前提下，盡量減小此設定值。 d）在取得單步響應后，對位置環增益K[sub]P[/sub] 、速度環增益島及積分時間常數T[sub]i[/sub] 進行微調，找到最佳的匹配點。 在調整高剛性機械傳動性能時，為進一步改善動態響應速度，減小跟隨誤差，可設定前饋增益。但此值過大，將出現速度超調及振動現象。現在，全數字交流伺服系統中已采用自動調整的方式來設定增益。但在很多場合，如剛性較差、間隙較大、行程過長的場合，均無法完成自動調整。此時，必須在掌握各環路增益相互關系及調整方法的情況下，才能完成機器的調試工作。 全數字交流伺服系統增益調整分析：PDF