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伺服控制器的参数优化方法总结伺服控制器是一种常用的控制设备，在许多机电系统中起着关键的作用。
为了使伺服控制器能够更好地适应不同的工作环境和要求，参数优化变得尤为重要。
本文将对伺服控制器的参数优化方法进行总结，以提供给读者一些参考。
首先，参数优化的目的是使伺服控制器的性能能够达到最佳状态。
在伺服控制器的工作中，有三个重要的参数需要优化，即增益、带宽和时间常数。
增益是指伺服控制器的输出信号与输入信号的比值。
通过调整增益可以改变伺服系统的响应速度和稳定性。
一般来说，增益越大，系统的响应速度就越快，但可能会导致系统的不稳定。
而增益越小，系统的响应速度就越慢，但可能会增加系统的稳定性。
因此，在优化参数过程中，需要找到一个合适的增益值，使得系统既能达到较快的响应速度，又能保持较好的稳定性。
带宽是指伺服系统能够跟随输入信号变化的频率范围。
通过增加带宽，可以提高伺服系统对输入信号的跟踪能力，使得系统的响应速度更快。
然而，过高的带宽可能会导致系统的不稳定。
因此，在参数优化过程中，需要找到一个合适的带宽值，使得系统能够在满足要求的响应速度的同时保持较好的稳定性。
时间常数是指伺服控制器对输入信号变化的响应速度。
通过降低时间常数，可以使伺服系统更加迅速地响应输入信号的变化。
然而，过低的时间常数可能会导致系统的不稳定。
因此，在参数优化过程中，需要找到一个合适的时间常数值，使得系统能够在满足要求的响应速度的同时保持较好的稳定性。
基于上述参数，在进行伺服控制器的参数优化时，一般可以采用以下几种方法：1. 经验法：经验法是一种常用的参数优化方法，通过工程师的经验和实际测试，找到合适的参数取值。
这种方法的优势是简单易行，但缺点是依赖于个人经验，可能无法找到最佳的参数取值。
2. 建模与仿真法：建模与仿真法是一种基于系统模型的参数优化方法。
通过建立伺服系统的数学模型，并进行仿真分析，可以得到系统响应速度、稳定性等性能指标。
然后，通过调整参数取值，优化模型的输出结果，从而得到最佳的参数取值。
伺服系统调试心得体（一）电机问题(1)电动机窜动：在进给时出现窜动现象，测速信号不稳定，如编码器有裂纹;接线端子接触不良，如螺钉松动等;当窜动发生在由正方向运动与反方向运动的换向瞬间时，一般是由于进给传动链的反向问隙或伺服驱动增益过大所致;(2) 电动机爬行：大多发生在起动加速段或低速进给时，一般是由于进给传动链的润滑状态不良，伺服系统增益低及外加负载过大等因素所致。
尤其要注意的是，伺服电动机和滚珠丝杠联接用的联轴器，由于连接松动或联轴器本身的缺陷，如裂纹等，造成滚珠丝杠与伺服电动机的转动不同步，从而使进给运动忽快忽慢;(3)电动机振动：机床高速运行时，可能产生振动，这时就会产生过流报警。
机床振动问题一般属于速度问题，所以应寻找速度环问题;(4)电动机转矩降低：伺服电动机从额定堵转转矩到高速运转时，发现转矩会突然降低，这时因为电动机绕组的散热损坏和机械部分发热引起的。
高速时，电动机温升变大，因此，正确使用伺服电动机前一定要对电动机的负载进行验算;(5) 电动机位置误差：当伺服轴运动超过位置允差范围时(KNDSD100出厂标准设置PA17：400，位置超差检测范围)，伺服驱动器就会出现“4”号位置超差报警。
主要原因有：系统设定的允差范围小;伺服系统增益设置不当;位置检测装置有污染;进给传动链累计误差过大等;(6)电动机不转：数控系统到伺服驱动器除了联结脉冲+方向信号外，还有使能控制信号，一般为DC+24 V继电器线圈电压。
伺服电动机不转，常用诊断方法有：检查数控系统是否有脉冲信号输出;检查使能信号是否接通;通过液晶屏观测系统输入/出状态是否满足进给轴的起动条件;对带电磁制动器的伺服电动机确认制动已经打开;驱动器有故障;伺服电动机有故障;伺服电动机和滚珠丝杠联结联轴节失效或键脱开等。
（二）增益问题首先，机械本身的结构对伺服增益的调整有重要影响。
如果机械本身的刚性比较好（磨床丝杆传动），伺服的相关增益则可以设置较高。
交流伺服系统增益说明大部分交流伺服系统位置环均采用比例调节器，因为积分调节虽然可以减小系统的静差，但是会产生位置超调，在需要高跟随性能的系统中，可以增加位置前馈增益参数。
速度环和电流环采用比例积分调节器。
下面对影响数控机床性能的交流伺服主要参数及意义说明如下：速度比例增益参数主要是设定速度环调节器的比例增益，增益越高，刚度越大，参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定，一般情况下，负载惯量越大，设定值越大。
速度积分频率参数（速度积分频率为速度积分时间的倒数），主要是设定速度环调节器的积分频率，积分频率越大，刚度越大，参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定，一般情况下，负载惯量越大，设定值越小。
速度检测低通滤波器参数，主要是设定速度检测低通滤波器特性，数值越小，截止频率越低，电机产生的噪音越小，如果负载惯量很大，可以适当减小设定值。
数值太小，造成响应变慢，可能会引起振荡。
位置比例增益参数，主要是设定位置环调节器的比例增益，设置值越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后量越小，但数值太大可能会引起振荡或超调。
电流积分频率参数，主要是设定电流环调节器的积分频率，积分频率越大，积分速度越快，电流跟踪误差越小，但积分时间太大，会产生噪声或振荡，该参数仅与伺服驱动器和电机有关，与负载无关，一般情况下，电机的电磁时间常数越大，积分频率越小，在系统不产生振荡的条件下，该参数尽量设定的较大。
电流比例增益参数，主要是设定电流环调节器的比例增益，增益越高，电流跟踪误差越小，但增益太高，会产生噪声或振荡，该参数仅于伺服驱动器和电机有关，与负载无关，在系统不产生振荡的条件下，该参数尽量设定的较大。
电流或转矩指令低通滤波器截止频率参数，该参数主要是设定电流或转矩指令低通滤波器截止频率，用来限制电流或转矩指令频带，避免电流或转矩冲击和振荡，使电流、转矩响应平稳。
调节改变交流伺服参数，伺服系统的特性发生改变，比例环节参数的作用即成比例的反映控制系统的偏差信号，当偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差，积分环节作用主要用于消除静差，提高系统的无差度；滤波器的作用主要限制反馈指令的频带，避免外部干扰冲击和震荡,控制系统响应平稳。
法格8055系统伺服增益参数1、位置控制单元伺服电机驱动必须设置位置增益参数Kpp，由于伺服驱动器位置控制单元采用比例控制系统，所以又称为位置比例增益参数。
调整位置比例增益参数又称为伺服电机刚性调整，Kpp参数设置越大，控制反应越迅速，称为刚性较硬，反之则称为刚性较软。
1.1位置比例增益参数的影响与调整评判标准KPP值设定越大，位置回路响应频率越高，对于位置命令的追随性越佳，位置误差量越小，定位整定时间越短，但是过大的设定会造成机台产生抖动或定位会有过冲（Overshoot）的现象，最终导致系统振荡而无法使用。
Kpp值的调整，实际上是介于快速与稳定性之间的取舍，系统产生振荡，Kpp就必须往回调整，使系统进入稳定状态。
调整Kpp值时需考虑下列因素：机构是否能接受较大的超调量；较短的上升时间并不表示能缩短稳定时间；Kpp值减少时，上升时间延长，需要较长的时间才能到达设置点，最大超调量减少，但并不一定表示系统稳定时间将延长；针对以上情况进行Kpp值的调整，求得的最短稳定时间即为最佳值，测量系统稳定时间需要适当的仪器，在无适当的仪器或工具进行辅助时，只能以人工进行调整及判断Kpp值是否适用。
1.2关于机构特性的影响影响定位效率的另一重要因素为机构特性（又称阻尼特性）。
在结构设计通常优先考虑功能及强度，因此机构特性通常很难或无法改变，故只能调整Kpp值配合机构特性。
机构设计不同时，机构特性必定不相同；即使结构相同，应用不同的安装方向也会产生不同的机构特性，进而产生不同的伺服系统参数。
2、速度控制单元速度控制单元实际上就是PID控制器的应用，调整PID控制器Kvp，Kvi，Kvt值，可使得伺服系统的速度控制性能符合要求。
PID相关知识点可参考：智能车PID控制学习笔记速度控制增益（KVP）本参数决定速度控制回路的应答性，KVP设越大速度回路响应频率越高，对于速度命令的追随性越佳，但是过大的设定容易引发机械共振。
伺服电机的控制模式及增益调整第一部分：伺服电机的控制模式详解1. 转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的 地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现 为例如 10V 对应 5Nm 的话，当外部模拟量设定为 5V 时电机 轴输出为 2.5Nm:如果电机轴负载低于 2.5Nm 时电机正转，外 部负载等于 2.5Nm 时电机不转，大于 2.5Nm 时电机反转（通 常在有重力负载情况下产生） 可以通过即时的改变模拟量的 。
设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的 地址的数值来实现。
应用主要在对材质的受力有严格要求的 缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的 设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不 会随着缠绕半径的变化而改变。
2. 位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率 来确定转动速度的大小， 通过脉冲的个数来确定转动的角度， 也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。
由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一 般应用于定位装置。
3. 速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动 速度的控制，在有上位控制装置的外环 PID 控制时速度模式 也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位1 郑州力创自动化——专业食品包装机械制造商 置信号给上位反馈以做运算用。
位置模式也支持直接负载外 环检测位置信号， 此时的电机轴端的编码器只检测电机转速， 位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样 的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加整个系统 的定位精度。
4. 全闭环控制模式：全闭环控制是相对于半闭环控制而言的。
首先我们来了解下半闭环控制，半闭环是指数控系统或 PLC 发出速脉冲指令。
伺服接受指令，然后执行，在执行的过程 中，伺服本身的编码器进行位置反馈给伺服，伺服自己进行 偏差修正，伺服本身误差可避免，但是机械误差无法避免， 因为控制系统不知道实际的位置。
数控机床伺服参数调整方法1. 引言1.1 引言数、岗次等。
数控机床是一种自动化加工设备，其控制系统由伺服系统负责实现精确的位置控制和运动控制。
伺服系统中的参数设置对机床的性能和加工质量有着直接的影响。
正确调整数控机床伺服参数是保证机床正常工作和提高加工精度的重要步骤。
在实际生产中，有时会出现数控机床运行不稳定或加工质量不理想的情况，这时就需要进行伺服参数的调整。
本文将介绍数控机床伺服参数的调整方法，包括调整方法一、调整方法二、调整方法三和调整方法四。
通过本文的学习，读者将能够全面了解数控机床伺服参数的调整原理和方法，从而更好地应对各种生产实际需求，提高加工效率和质量。
2. 正文2.1 数控机床伺服参数调整方法数控机床伺服参数调整方法主要包括四种不同的调整方法，每种方法都有其独特的特点和适用场景。
下面将分别介绍这四种调整方法。
调整方法一：手动调整手动调整是最基础也是最直观的调整方法，操作人员可以通过手动旋钮或按钮来改变伺服参数，实现对机床的控制。
这种方法适用于简单的调整需求，操作简单直观，但需要操作人员对机床进行实时监控，无法实现自动化控制。
调整方法二：自动调整自动调整是通过数控系统自动优化伺服参数，根据预设的算法和规则对参数进行调整。
这种方法可以提高生产效率，减少人工干预，适用于需要大量重复调整的场景。
但需要提前设定好优化算法，以及对数控系统有一定的了解和操作技能。
调整方法三：智能调整智能调整是结合人工智能技术对伺服参数进行智能化调整，通过学习和优化算法，使得机床能够自动适应不同工件的加工要求。
这种方法能够实现个性化定制，提高加工精度和效率，但需要大量的数据支持和复杂的算法设计。
调整方法四：在线优化在线优化是在实际加工过程中根据机床工作状态和负载情况实时调整伺服参数，以达到最佳加工效果。
这种方法可以最大限度地提高加工质量和效率，但需要对机床和加工过程有深入的理解，以及高级的控制算法和技术支持。
综上所述，数控机床伺服参数调整方法有多种选择，操作人员可以根据实际需求和技术水平选择合适的调整方法，以实现最佳的加工效果和效率。
伺服电机增益调整的原理及方法伺服电机控制系统是现代自动化领域中常用的一种控制方式，可以实现精确的位置、速度和力矩控制。
在使用伺服电机时，通过调整其增益参数可以提高系统的性能和稳定性。
增益调整原理：伺服电机的增益调整是通过调整PID控制器的参数来实现的。
PID控制器是由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成的，通过对这三个参数的调整，可以达到对伺服电机的控制精度和稳定性的要求。
1.比例控制（P）：比例控制参数决定输出信号与输入信号的线性关系，若比例增益过大，则会导致输出信号波动较大，系统不稳定；若比例增益过小，则会导致输出信号不能快速响应输入信号的变化。
2.积分控制（I）：积分控制参数用来消除系统存在的稳态误差，积分增益越大，稳态误差越小；但是积分增益过大会导致系统产生过冲和震荡。
3.微分控制（D）：微分控制参数用于预测系统的未来状态，从而减小输出的超调量。
当微分增益较大时，系统对输入信号的快速变化会产生较大的干扰，导致输出信号不稳定。
增益调整方法：1.手动方法：在实际应用中，可以通过手动调整增益参数的方法进行调试。
首先选择一个适当的比例增益值，然后增加积分增益值以消除系统的稳态误差，最后适当增加微分增益值来提高系统的稳定性。
2. Ziegler-Nichols方法：这是一种经典的自整定方法，通过试探法来选择合适的增益参数。
首先将所有增益参数设为0，然后逐步增加比例增益，当系统发生震荡时记录比例增益的值，然后根据震荡周期计算出积分增益和微分增益。
这种方法相对简单，但需要进行多次试验来得到准确的结果。
3. 频域方法：通过对伺服电机系统进行频域分析，可以得到系统的频率响应曲线。
根据曲线的特性，可以选择合适的增益参数。
常用的频域分析方法有Bode图法、Nyquist图法和根轨迹法等。
这些方法需要较强的数学基础和系统理论知识。
总结：伺服电机增益调整是一个相对复杂的过程，需要根据实际应用情况和系统需求来进行选择。
全数字交流伺服系统增益调整分析
夏燕兰
(南京工业职业技术学院,江苏南京210016)
摘 要:本文介绍了全数字交流伺服系统增益调整的基本准则和设定方法,描述了位置环增益和速度
环增益之间的相互关系,对不同的刚性连接和不同的负载惯量应采取的对策也作了一定的分析。
关键词:增益;惯量;积分时间常数中图分类号:T M912.54+1 文献标识码:B 文章编号:10072760X (2001)022*******
Analysis of G
ain Adjusting for Digital AC Servo System
XI A Y an 2lan
Abstract :This paper introduces the basic criteria and setting method of gain adjusting for digital AC serv o system.The relationship between position loop gain and speed loop gain is described.The countermeasure for different rigid coupling and different load inertia is analyzed.K ey w ords :gain ;inertia ;integration time constant
全数字交流伺服系统由于其卓越的性能,在当今工业界正得到越来越广泛的应用。
但要想把交流伺服与机械的匹配调整到最佳状态,并不是件很容易的事。
其中最重要的也是最难调整的,就是位置
环和速度环的增益。
下面主要分析位置控制中增益的调整。
1 全数字交流伺服系统的结构框图
附图 全数字交流伺服系统的结构框图
从附图中可看到,伺服系统包含三个闭环反馈:
位置环、速度环、电流环。
用户不能调整电流环参数,设计中已保证电流环有足够的增益响应。
用户需根据机器的刚性及负载情况,调整位置环增益和速度环的增益、速度环积分时间常数等参数,位置环和速度环必须同时被调整,以取得平衡的响应。
如果仅增加位置环增益,速度参考值将波动,其结果是
定位时间加长并产生振荡。
因此,位置环和速度环的参数是互相影响、互相制约的。
根据整机的性能及负载的状况将伺服性能调整好,是用好全数字交流伺服的关键。
2 增益调整的基本准则
a )位置环增益K p 。
位置环增益主要影响伺服
收稿日期:2001201222
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系统的响应。
设定值越大,动态响应越快,跟踪误差越小,定位时间越短;但过大,有可能引起振动。
因此,在整机稳定的前提下,尽量设定的较大。
b)速度环的增益K v。
此参数决定速度环的响应性,在机械系统不产生振动范围内,尽可能设定较大值。
此外,速度环的增益K v的设定与负载惯量有密切联系。
一般来说,负载惯量越大,K v应设定得越大。
c)速度环积分时间常数Ti。
在允许范围内,尽量设定较小值。
3 各环路增益调整的分析
311 位置环增益K p的调整
位置环增益K p与整机的机械刚性有关。
高刚性的连接时,位置环增益K p值可设定得较大,但不超过机械系统的固有频率,可得到较高的动态响应。
中刚性和低刚性的连接时,K p的设定值不能太高。
否则会产生振荡。
一般情况下,机械刚性可按下面几种情况分类:
a)电机与滚珠丝杠直连。
丝杠较短,可认为是高刚性的连接,如精密加工机床、芯片插装机等,其机械系统的固有频率通常能达到70H z。
此时,位置环增益K p最大值可设定为70(1/s)。
b)用齿轮或同步带耦合,则为中刚性的连接;用齿条、链条或谐波齿轮减速机来传动,则为低刚性的连接。
带有齿轮传动的机器人结构,刚性较差,其固有频率约在5～30H z之间,其位置环增益K p通常只能在10～30(1/s)间设定。
为增加机械刚性,电机负载必须牢固地固定在坚硬的基础上,电机轴与负载间的耦合必须是高刚性的。
如果用同步带传动,同步带必须有较大宽度,必须尽量减小耦合齿轮的间隙。
3.2 速度环的增益K v调整
在交流伺服选型时,有些情况下,用户往往只考虑电机的功率和扭矩,忽略了负载惯量这个很重要的参数。
通常全数字交流伺服电机分为大、中、小惯量三种类别,以满足用户不同需求的选型。
一般情况下,折合到电机轴上的负载惯量在电机惯量的30倍以内时,全数字交流伺服均能正常工作。
若负载惯量过大,其传动系统的性能指标将变差。
遵循速度环增益K v在允许范围内越大越好的原则,在高刚性机械如精密加工机床等,随着负载惯量与电机惯量比值的增加,速度环的增益K v设定值应加大,以保证整个系统具有较高的响应。
但在负载惯量比>10时,位置环增益K p和速度环增益K v增加量不能太大,同时需加大速度环积分时间常数Ti,以保证机械系统的稳定。
对于中刚性和低刚性的机械,在相同的负载惯量比时,K v值要酌情减小,同时将速度环积分时间常数值增大。
3.3 速度环积分时间常数Ti
速度环积分环节的主要作用是使系统对微小的输入有响应。
由于此积分环节的延时作用,积分时间常数Ti的增将使定位时间增加,响应将变慢,因此,应尽量减小Ti的值。
然而,如果负载惯量很大或机械系统刚性较差时,为防止振动,必须加大速度环积分时间常数Ti。
4 位置控制时增益的设定方法
由于各参数间的相互制约,整机刚性及负载惯量的不明确,增益调整时往往使人感觉无从下手,通常可按如下顺序进行:
a)将位置环增益K p先设在较低值,然后在不产生异常响声和振动的前提下,逐渐增加速度环的增益K v至最大值。
在此三个参数中,只有K v与负载惯量的关系最密切。
调整K v时,可参考传动链的结构方式和负载惯量的大小,预定设置范围。
b)逐渐降低K v值,加大位置环增益K p值。
在整个响应无超调、无振动的前提下,将K p值设至最大。
c)速度环积分时间常数Ti取决于定位时间的长短,在机械系统不振动的前提下,尽量减小此设定值。
d)在取得单步响应后,对位置环增益K p、速度环增益K v及积分时间常数Ti进行微调,找到最佳的匹配点。
在调整高刚性机械传动性能时,为进一步改善动态响应速度,减小跟随误差,可设定前馈增益。
但此值过大,将出现速度超调及振动现象。
现在,全数字交流伺服系统中已采用自动调整的方式来设定增益。
但在很多场合,如刚性较差、间隙较大、行程过长的场合,均无法完成自动调整。
此时,必须在掌握各环路增益相互关系及调整方法的情况下,才能完成机器的调试工作。
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