交流伺服增益調(diào)整

1、交流伺服增益調(diào)整交流伺服增益調(diào)整 內(nèi)容概要 1. 增益調(diào)整概念 2. 增益調(diào)整的相關(guān)參數(shù)與控制架構(gòu) 3. 增益調(diào)整的原則 4. 增益調(diào)整的方法與流程 5. 問題討論與實機操作示範 交流伺服的基本控制架構(gòu) 速度控制. 450 Hz 位制控制. 125 Hz 電流控制. 1.8 KHz 編碼器脈波回授. 速度估測 電流檢測 15KHz 取樣15KHz 取樣15KHz 取樣 影響增益調(diào)整的要素 1. 機臺對馬達的負載慣性比 2. 機臺的動作頻度與加工精度的要求 3. 機臺的機械傳動剛性 機臺對馬達的負載慣性比的影響 負載慣性比大負載慣性比大負載慣性比小負載慣性比小 固定增益下, 慣性比愈 大, 速度

2、響應(yīng)愈差 固定增益下, 慣性比愈小, 速度響應(yīng)愈佳 設(shè)定較大的增益以維持 響應(yīng), 容易產(chǎn)生共振 設(shè)定較小的增益即可維 持響應(yīng), 不易產(chǎn)生共振 電流容易飽和 使性能受限 電流不易飽和 性能不易受限 馬達容易產(chǎn)生過負載馬達不易產(chǎn)生過負載 容易產(chǎn)生回昇能量錯誤 不易產(chǎn)生回昇能量錯誤 Servo Drive 馬達馬達 速度指令速度指令馬達旋轉(zhuǎn)馬達旋轉(zhuǎn)速度速度 速度指令電速度指令電壓壓 馬達旋轉(zhuǎn)馬達旋轉(zhuǎn)速度速度 GainE Ei 相位延遲相位延遲 增益比為增益比為（ ） 時的頻率稱為響應(yīng)時的頻率稱為響應(yīng) 頻率頻率 Delta ASDA 速度速度響應(yīng)頻率響應(yīng)頻率 450 2 輸出 輸入 輸入 伺服性能評估

3、 : 速度頻率應(yīng)答性 伺服性能評估 :位置定位整定時間 ASDA基本伺服增益參數(shù)基本伺服增益參數(shù) 代號簡稱功能初值單位 適用控制模 式 PST 2-00KPP位置控制增益35rad/sO 2-04KVP速度控制增益500rad/sOOO 2-06KVI速度積分補償100 OO KPP參數(shù)設(shè)定參數(shù)設(shè)定 位置控制增益（KPP，參數(shù)P2-00） 本參數(shù)決定位置回路的應(yīng)答性, KPP值設(shè)定越大對於位置命令的追隨性越佳， 位置誤差量越小，定位整定時間越短， 但是過大的設(shè)定會造成機臺產(chǎn)生抖動 或定位會有過衝(overshoot)的現(xiàn)象。 2 KPP )(Hz位置回路響應(yīng)頻率 KVP參數(shù)設(shè)定 速度控制增益（

4、KVP，參數(shù)P2-04） 本參數(shù)決定速度控制回路的應(yīng)答性， KVP設(shè)越大對於速度命令的追隨性越佳， 但是過大的設(shè)定容易引發(fā)機械共振。 速度回路的頻率必須比位置回路的頻率高 46倍， 當(dāng)位置響應(yīng)頻率比速度響應(yīng)頻率高時， 機臺會產(chǎn)生抖動或定位會有過衝(overshoot)的現(xiàn)象。 2)1 ( KVP )( 負載慣性比 速度回路響應(yīng)頻率 Hz KVI 參數(shù)設(shè)定 速度積分補償（KVI，參數(shù)P2-06） KVI 越大對固定偏差消除能力越佳， 過大的的設(shè)定容易引發(fā)機臺的抖動， 建議設(shè)定值如下： 速度回路的響應(yīng)頻率參數(shù)5 . 1)062(PKVI ASDA 前饋增益與外部干擾抵抗增益前饋增益與外部干擾抵抗增

5、益參數(shù) 代號簡稱功能初值單位 適用控制模式 PST 2-02KPF位置前饋增益50000.0001O 2-03PFF位置前饋增益平滑常數(shù)5msecO 2-07KVF速度前饋增益 00.0001OO 2-26DST外部干擾抵抗增益 00.001OO PFG與PFF參數(shù)設(shè)定 位置前饋增益 (PFG，參數(shù)P2-02) 可降低位置誤差量並縮短定位的整定時間， 但過大的設(shè)定容易造成定位過衝的現(xiàn)象； 若電子齒輪比設(shè)定大於10亦容易產(chǎn)生噪音。 位置前饋增益平滑常數(shù)(PFF，參數(shù)P2-03) 可降低電子齒輪比設(shè)定大於10所產(chǎn)生噪音。 位置控制增益調(diào)整的效果 調(diào)大增益 P2-00 加入前饋補償 P2-02 DS

6、T參數(shù)設(shè)定 外部干擾抵抗增益 (DST，參數(shù)P2-26) 本參數(shù)用來增加對外力的抵抗能力 並降低加減速的過衝的現(xiàn)象。 出廠值為0為一般PI 控制器。 若設(shè)定為非零則為PDFF 控制架構(gòu)。 在手動模式不建議手動調(diào)整， 除非是要進行PDFF自動增益結(jié)果的微調(diào), 或是利用PC 增益調(diào)整軟體自動計算該增益值 ASDA自動增益調(diào)整與等級設(shè)定相關(guān)參數(shù)自動增益調(diào)整與等級設(shè)定相關(guān)參數(shù) 代號簡稱功能初值單位 適用控制模式 PST 2-32AUT2增益調(diào)整方式 0 OOO 2-31AUT1自動及簡易模式設(shè)定44 OOO 1-37GDR對伺服馬達的負載慣量比 (P2-32 設(shè)3 or 5 時才有作用) 5.0tim

7、esOOO ASDA共振抑制參數(shù)共振抑制參數(shù) 代號簡稱功能初值單位 適用控制模式 PST 2-23NCF共振抑制Notch filter 1000HzOOO 2-24DPH共振抑制Notch filter衰減率 0DBOOO 2-25NLP共振抑制低通濾波 2 or 5msecOOO NLP 參數(shù)設(shè)定參數(shù)設(shè)定 共振抑制低通濾波器（NLP，參數(shù)P2-25） 負載慣性比越大，速度回路的響應(yīng)頻率會下降， 必須加大KVP以維持速度的響應(yīng)頻率， 在加大KVP 的過程，可能產(chǎn)生機械共振音， 請嘗試利用本參數(shù)將噪音消除。 越大的設(shè)定對高頻噪音的改善越明顯， 但是過大的設(shè)定會導(dǎo)致速度回路不穩(wěn)定及過衝的現(xiàn)象 ，

8、 其設(shè)定建議值如下： )(4 1000 )252( Hz PNLP 速度回路響應(yīng)頻率 參數(shù) 控制架構(gòu)圖控制架構(gòu)圖 積分控制 (P2-06) 速度增益 (P2-04) 共振抑制 (P2- 25) (P2-23) (P2-24) 位置增益 (P2-00) 外部干擾抵抗增 益 (P2-26) 速度估測器 位置前饋增益與 平滑濾波器 (P2-02/P2-03) 驅(qū)動器速度控制模式 驅(qū)動器位置控制模式 上層控器控制 上層控器控制 編碼器迴授 電流命令 脈波命令 + + + _ + _ + _ 位置控制方塊圖 KPP Position loop Proportional Gain P2-00 LPF Po

9、sition Command Filter P1-08 Position Pulse Command KPF Position Feedforward gain P2-02 LPF P2-03 CURENT CONTROLSPEED CONTROLMOTOR N/M Electric Gear Ratio P1-44 & P1-45 du/dt Derivative Encoder Position FeedBack 速度控制方塊圖 A/D V-REF KVP Speed loop Proportional Gain P2-04 KVF Speed Feedforward gain P2-07

10、 SP0/SP1 KVI P2-06 LPFJL P1-37 S curve P1-34/P1-35/P1-36 Internal Speed 3 P1-11 Internal Speed 2 P1-10 Internal Speed 1 P1-09 LPF P1-06 s 1 Integrator P1-40/10 Speed Estimation CURENT CONTROLMOTOR du/dt Derivative Position feedbackSpeed feedback P2-26 調(diào)機原則(一) 位置響應(yīng) 10 Hz = 速度響應(yīng)10Hz 位置響應(yīng)10 Hz = 速度響應(yīng)50

11、Hz 位置響應(yīng)10 Hz = 速度響應(yīng)100Hz 系統(tǒng)震盪 合理設(shè)定 過高的速度響應(yīng) 可能會引發(fā)不必要 的機械共振 速度回路必需比位置回路響應(yīng)快 46 倍 2 KPP )(Hz位置回路響應(yīng)頻率 2)1 ( KVP )( 負載慣性比 速度回路響應(yīng)頻率 Hz 調(diào)機原則(二) 正確的慣性比估測會影響增益設(shè)定的正確性 , 所以得到負載 慣性比為增益調(diào)整的第一步驟, 並由負載慣性比可事先知道 馬達的選用是否合理及決定伺服響應(yīng)設(shè)定的等級 愈大的慣性比要得到同樣的速度響應(yīng)需要設(shè)定越高的增益, 但越高的增益容易引發(fā)機械共振, 應(yīng)此需要高響應(yīng)表現(xiàn)的機 臺負載慣性比應(yīng)較小 450 Hz接近空載 300 HzJL

12、1 200 HzJL 3 100 HzJL 6 註 : 本參考表格為個人在400 W motor 運用上的經(jīng)驗, 並非性能規(guī)格 調(diào)機原則(三) 動作頻度越高的機臺需要愈好的伺服響應(yīng)配合 精度要求越高的機臺需要愈好的伺服響應(yīng)配合 愈好的伺服響應(yīng)需要設(shè)定較高位置 或速度回路的響應(yīng)頻率, 在多軸的補間的運用, 每一軸應(yīng)設(shè)定相同的響應(yīng)頻率, 減少輪廓誤差 調(diào)機原則(四) 最佳的伺服響應(yīng)設(shè)定是 在機臺的性能與機械共振間得到一平衡點 當(dāng)性能與共振有衝突時才使用notch filter 處理共振問題 高響應(yīng)的伺服需要高剛性的機構(gòu)配合 因此, 使用者必須自行選擇出最適合機臺的響應(yīng)頻率 增益調(diào)整模式增益調(diào)整模式

13、 0:0:手動模式手動模式 1:1:簡易模式簡易模式 2:2:自動模式自動模式( (持續(xù)調(diào)整持續(xù)調(diào)整) ) 3:3:自動模式自動模式( (負載慣量比負載慣量比 固定固定, ,頻寬可調(diào)整頻寬可調(diào)整) ) 4:4:自動模式自動模式( (持續(xù)調(diào)整持續(xù)調(diào)整) ) 5:5:自動模式自動模式( (負載慣量比負載慣量比 固定固定, ,頻寬可調(diào)整頻寬可調(diào)整) ) 增益調(diào)整方式增益調(diào)整方式(參數(shù)參數(shù)P2-32) 增益調(diào)整方式選擇 增益調(diào)整模式P2-32使用時機軟體版本 手動增益調(diào)整0(出廠)自動增益結(jié)果微調(diào) 進階使用者手動調(diào)整 搭配PC 調(diào)機小工具調(diào)整 無限制 簡易增益調(diào)整1負載慣性比變化範圍大且變動劇烈無限制

14、 PI 自動增益調(diào)整 (慣量持續(xù)估測) 2未知機臺慣性比的初次調(diào)機(軟體版 本 V1.011以前) 慣性比不固定但變化緩慢 無限制 PI自動增益調(diào)整 (慣量由P1-37設(shè)定) 3慣性比已知且不想使用手動調(diào)整 模式 2 調(diào)機完成後, 用來固定增益 無限制 PDFF自動增益調(diào)整 (慣量持續(xù)估測) 4適合入門者操作 未知機臺慣性比的初次調(diào)機 慣性比不固定但變化緩慢 V1.012 以上 PDFF自動增益調(diào)整 (慣量由P1-37設(shè)定) 5適合入門者操作 慣性比已知且不想使用手動調(diào)整 模式 4調(diào)機完成後, 用來固定增益 V1.012 以上 增益調(diào)整模式 P2-32自動設(shè)定的參數(shù)使用者自行調(diào)整的參數(shù)增益狀態(tài)

15、 手動增益調(diào)整固定 0(出廠)無P2-00 (位置控制增益) P2-04 (速度控制增益) P2-06 (速度積分補償) P2-25 (共振抑制低通濾波) 固定 簡易增益調(diào)整 1 P2-04 P2-06 P2-26 P2-31 X值 (剛性等級) P2-00 (位置控制增益) P2-25 (共振抑制低通濾波) 固定 PI 自動增益調(diào)整 (慣量持續(xù)估測) 2 P2-00 P2-04 P2-06 P2-31 Y值 (應(yīng)答等級) P2-25 (共振抑制低通濾波) 持續(xù) 調(diào)整 PI自動增益調(diào)整 (慣量 由P1-37設(shè)定) 3 P2-00 P2-04 P2-06 P1-37 (負載慣性比) P2-31

16、Y值 (應(yīng)答等級) P2-25 (共振抑制低通濾波) 固定 PDFF自動增益調(diào)整 (慣量持續(xù)估測) 4 P2-00, P2-04, P2-06, P2-25, P2-26 P2-31 Y值 (應(yīng)答等級)持續(xù) 調(diào)整 PDFF自動增益調(diào)整 (慣量由P1-37設(shè)定) 5 P2-00,P2-04, P2-06,P2-25, P2-26 P1-37 (負載慣性比) P2-31 Y值 (應(yīng)答等級) 固定 增益調(diào)整模式與參數(shù)關(guān)係 PDFF 與 PI自動增益調(diào)整模式比較 PI自動增益調(diào)整 Proportional Integral PDFF自動增益調(diào)整 Pseudo-Derivative Feedback a

17、nd Feedforward P2-25 共振抑制低 通濾波 不自動調(diào)整自動調(diào)整，可有效降低馬達噪音 P2-26 外部干擾抵 抗增益 不自動調(diào)整自動調(diào)整，在高慣性比的低響性設(shè)定時, 減少 overshoot, 並縮短整定時間 位置與速度響應(yīng)速度快位置六倍速度快位置45倍, 在同樣的速度響應(yīng)下, 位置的整定 時間更短。 對外力干擾比PDFF 差比PI佳 頻寬等級09,十等級設(shè)定 A以上與 9 同 0F 十六等級設(shè)定 與PC 增益調(diào)整的比 較 有差異, 少了 P2-25與 P2-26 的調(diào)整 非常接近 PDFF與PI 速度響應(yīng)等級比較表 2-31 Y 值PI 自動增益速度響應(yīng)PDFF 自動增益速度

18、響應(yīng) 020Hz20Hz 130Hz30Hz 240Hz40Hz 360Hz50Hz 485Hz (出廠等級)60Hz (出廠等級) 5120Hz70Hz 6160Hz80Hz 7200Hz100Hz 8250Hz120Hz 9300Hz140Hz A300Hz160Hz B300Hz180Hz C300Hz200Hz D300Hz220Hz E300Hz260Hz F300Hz300Hz PDFF 與 PI 的比較 PDFF PI 典型的調(diào)機步驟 利用上層命令 或參數(shù)P4-05或 PC軟體進行慣性比估測 設(shè)定響應(yīng)等級 觀察性能表現(xiàn) 排除機械共振 完成 負載慣量估測的限制負載慣量估測的限制 1

19、. 到達 2000 RPM 之加減速時間需在 1秒以下。 2. 回轉(zhuǎn)速需在 200 RPM 以上。 3. 負載慣量需為馬達慣量的 100 倍以下。 4. 外力或慣性比變化不得太劇烈。 5. 自動增益模式（固定慣量P2-32為3 或 5），負載慣量停止估測。 6. 負載慣性比估測值，斷電不儲存，每次重上電，參數(shù) P1-37為負載慣 性比估測的初始值。 但以下兩種狀況，負載慣性比估測值會自動存入?yún)?shù)P1-37： (1) 當(dāng)由自動模式2切換至自動模式3。 (2) 當(dāng)由自動模式4切換至自動模式5。 調(diào)機的軟體工具 高速即時波形監(jiān)看軟體 慣性比估測與增益調(diào)整軟體 PC 增益調(diào)整軟體說明(1/2) 2)

20、請務(wù)必依據(jù)使用的機種設(shè)定， 可由驅(qū)動器右側(cè)標籤分辨機種。 3) 輸入機臺對馬達的負 載慣性比，此數(shù)值如何 得知，請參考下一頁說 明。 1) 選擇連接線的通訊埠位置, 並參考驅(qū)動器的通訊協(xié)定設(shè)定 Buad /Station /Protocol 4) B.W. 為速度控制回路 的響應(yīng)頻寬，數(shù)值範圍 應(yīng)位於(10Hz450Hz), 數(shù) 值越高代表響應(yīng)越佳, 但 須配合機臺特性調(diào)整， 過高的設(shè)定，會引發(fā)機 械共振。 5) 完成B.W. 和 JL/Jm 設(shè)定後 ，按下Compute，程式自動算 出最佳的伺服參數(shù)： P2- 00/P2-02/P2-04/P2-06 P2-25/P2-26。 6) 按下Download，將參數(shù)存 至驅(qū)動器。 7) 按下Upload，將參數(shù)從驅(qū)動 器讀回，作比較或參考。 1) 點選Enable Control Panel 啟動自動慣性比估測 功能，當(dāng)完成自動慣性比 估測功能時, 務(wù)必取消此選 項，使參數(shù)回復(fù)至使用者 設(shè)定值。