安川Σ V伺服驱动 SigmaWin调试实习

※滚珠丝杠移动轴的例子
整定时间： 241.33ms
整定时间：241.33ms
Pn100 Kv Pn101 Ti Pn102 Kp Pn401 Tf
: 40.0Hz : 20.00ms : 40.0/s : 1.00ms
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4.2.5 高级自动调谐
高级自动调谐是伺服单元根据内部指令自动运 行时，对以下机械特性自动进行调整的功能。
免调整
AAT
指令输入 AAT
○
×
×
×
○
×
×
○
○
○
○
○
○
○
○
×
○
○
×
○
○
×
○
○
×
○
○
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单参数 调谐
× × ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
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4.1.4 模型追踪控制和摩擦补偿
模型追踪控制：在位置控制模式下，通过调整前馈，缩短整 定时间。
模型追踪控制 （前馈）
控制结构图（示意）
位置指令
实习机会自动运行，请注 意安全。
调整完成后，背景将变 成白色。
检测出振动时，伺服单元 会根据相应的振动频率设 置3个对策菜单。
自动调谐本实习机时，陷 波滤波器将被设定，这时 “陷波滤波器”前的绿色 圆圈将变亮。
高级自动调谐开始窗口（上）／完成窗口（下）
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4.2.5 高级自动调谐
① 速度环增益KV (Hz)和速度环积分时间常数Ti (s)的关系
4
Ti
≥ 2πK V
=4TM
移项后得到，
注）TM是一阶时滞的机械时间常数
Ti ≤4 TM
（在实际应用中可减小至2.3）
② 速度环增益和转矩指令滤波器时间常数（Tf）的关系 Tf ≤ 1 ( 1 ) = 1 { 1 } 4 2πKv 4 2π(Pn100)
实时监测窗口
①点击菜单“Trace” → “Trace”
设置窗口
②单击“Setup”。
③从下拉列表选中“Speed referenece”，然后单击 “Apply”。
④设定采样时间为“1000” （可采样1000μs x 1000 = 1 s 的数据。）
⑤确认选中了 “/TGON”。
⑥使用默认设置。也可根 据需要修改。
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4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤6
保存结果窗口
完成保存结果窗口
①单击“Writing Results”。
②单击“Finish”。
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4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤7
单击“OK” 。
完成设定惯性转矩比窗口
显示软件重置窗口，单击 “Execute”。
确认惯性转矩比与测算结果一 致，然后单击“Finish”。 这样我们就完成了测算惯性转 矩的实践。
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4.2.3 机械分析
自动推算机械共振频率和电机轴的反共振频率。
执行测试窗口
单击“Mechanical Analysis”
设置测试条件的窗口
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4.2.3 机械分析
位置、速度控制 （反馈）
电机
工作台
摩擦补偿功能
摩擦补偿功能：由于机床运动部存在不断变化的摩擦，从而 影响系统的响应。通过补偿这部分可变摩擦带来的影响，使 系统获得安定的响应性。吸收机床的差异，达到稳定的定位 时间。
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4.1.5 振动对策
自动检测振动频率，自动应用振动对策功能，快速便捷地达 到抑振效果。
⑤再次点击菜单项 “Tuning”。
⑥ 单击窗口②的 “Execute”按钮，将 显示测算惯性转矩的 窗口。
④单击“OK”，并 重启电源。
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4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤1 执行测算惯性转矩的功能，系统可快速计算出作用在电机轴的负载惯性转矩。
①单击“Execute” 。
②显示条件设定窗口（本次 练习不修改窗口中数值）， 单击“Next” 。
将免调整功能选择参数Pn170.0从“1”（有效）变更为“0”（无效），然后重新接通电源。 2) 设定惯性转矩比。
要达到Pn100（速度环增益）中设定的响应能力，就必须能输出与要求增益相应的加速度，即 能输出与要求加速度相应的转矩。 进一步，由于转矩 ＝ 惯性转矩×角加速度，要输出符合要求的转矩，就必须设定正确的负载 惯性转矩。 可以利用SigmaWin+提供的功能菜单“测算惯性转矩比（负载惯性转矩比 / 电机转子的惯性转 矩）（%）”，将测算所得数值设定至惯性转矩比Pn103（出厂值为100%）。 3) 设置实时监测条件。 可以利用SigmaWin+提供的功能菜单“Trace”，绘制伺服应答图。 在绘图前，需要先设置下列条件： ①采样时间 ②追踪数据（最大可设置3个） ③触发器 ④预触发器
4 伺服系统调整实践
本章将学习伺服驱动系统Σ‐Ⅴ的免调整功能、高级自动 调谐功能和单参数调谐。
4.1 什么是调整 4.2 调整练习 4.2.1 调试实习的准备 4.2.2 推算惯性转矩 4.2.3 机械分析 4.2.4 追踪设定 4.2.5 高级自动调谐 4.2.6 指令输入型高级自动调谐 4.2.7 单参数调谐 4.3 伺服的响应性确定实习 4.3.1 环增益的特性 4.3.2 各增益的关系
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4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤2
③显示指令传输窗口， 单击“Start” 。
④传输完成后，单击 “Next”。
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4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤3
运转 / 测试窗口
单击“Servo On”。
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⑩选中“Single”。 ⑪单击“Start”。
⑧如下设定触发器： 触发器条件：Trigger A 触发器对象：COIN 触发器类型：Rising edge
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⑦设定预触发 器为“10”%。
⑨单击“OK”。
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4.2.5 高级自动调谐
在开始高级自动调谐之前，先查看一下在出厂值增益下的响应性。
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4.1 什么是调整
调整（调谐）是优化伺服单元响应性的功能。响应性取决于伺 服单元中设定的伺服增益。
一般情况下，刚性高的机械可通过提高伺服增益来提高响应性。 但对于刚性低的机械，当提高伺服增益时，可能引起振动，从 而无法提高响应性。
伺服增益通过多个参数的组合进行设定，彼此之间相互影响。 本章我们将实践练习如何设定各参数，并保持设定值之间的平 衡。
如右图所示设定各条件。
①因为事先已推算过转动惯量比，所以这里选 择“1:A moment of inertia is not presumed”。
②模式选择设为“2:Positioning”。 ③机构选择设为“2:Ball screw mechanism
or linear motor” 。 ④由于设定了指令单位0.001(mm)的电子齿轮
※滚珠丝杠移动轴的例子
整定时间：9.25ms ・与应用出厂值时相比，高 级自动调谐后的整定时间大 幅短缩。
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4.2.5 高级自动调谐
（2）模式设定为“3:Positioning (Overshoot control)”时。
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4.2 调整练习
4.2.1 调试实习的准备 4.2.2 推算转动惯量 4.2.3 机械分析 4.2.4 追踪设定 4.2.5 高级自动调谐 4.2.6指令输入型高级自动调谐 4.2.7 单参数调谐
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4.2.1 调试实习的准备
步骤
目的：操作实习机，确认伺服响应。
准备工作： 1) 将免调整功能设置为无效。（出厂默认值为有効。）
在2惯性模型中，电机轴会出现反共振现象。
振幅(dB)
负载轴
①
共振
共振频率
电机轴
反共振频率 反共振
频率(Hz) （对数刻度）
②
反共振：负载轴在动，但电机轴却保持不动的频率就是反共振频率。 注：这里①和②实际是重合的，为了便于理解，描画了两条线。
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4.2.4 实践准备
1）设置实时监测1：速度控制模式时
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4.2.1 实践准备
1）将免调整功能设置为无效的操作步骤
首先，从调整菜单设定免调整功能为无效，并重启电源。 画面显示从调整窗口切换至测算惯性转矩窗口。
①单击“Tuning”。
③将免调整功能 设置为无效，然 后单击“OK”。
②单击“Execute” 。
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推算完成窗口
共振频率
与免調整及AAT自动设定的陷波滤波器频率 大致相同。可以在这个窗口设置陷波滤波器 ，将设置至第1段（Pn409）。
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4.2.3 机械分析
2.惯性负载引起的共振和反共振
电机（转子的惯量）和负载（的惯量）通 过弹簧连接的机构称为2惯性模型。
电机（转子的惯量）和负载（的惯量）直 连的机构称为刚性模型。
实时监测窗口
①点击菜单“Trace” → “Trace”
设置窗口
②单击“Setup”。
③从下拉列表选中“Positioning ④设定采样时间为“1000” completed”，然后单击“Apply”。 （可采样1000μs x 1000 = 1 s
的数据。）
⑤确认选中了 “/COIN”。
⑥使用默认设置。也可根 据需要修改。
・陷波滤波器 可检测并抑制数百Hz以上的振动频率，并自动抑振。（可自动调整）
・A型抑振控制 可检测并抑振数百至1kHz的振动频率，并自动抑振。（可自动调整）
・抑振（带抑振功能的模型追踪控制） 可检测并抑制数Hz的低频。（可自动调整）
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4.1.6 调整单项增益时的注意事项（参考）
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4.1.2 Σ-Ⅴ伺服基本调整步骤
免调整
出厂设定值。与机械类型和负载无关，保持 稳定的响应性。 整定时间：100 - 150ms。
高级自百度文库调谐
在机床自动运转中，接收伺服单元内部或 上位装置的指令，自动设定各参数。 自动设定的参数包括模型追踪控制增益。 整定时间：约10ms。
比，移动距离以mm为单位设定。这里设置 为“100”。注意不要移动至引起P-OT或NOT的范围。 ⑤选中“Start tuning using the default settings”单选框。
① ② ③
④
⑤
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4.2.5 高级自动调谐
自动实施以下调整 ･ 评估振动水平 ･ 动作评估，增益 ･ 设定陷波滤波器 大约需2分钟时间。
・推算转动惯量 ・增益（位置环增益、速度环增益） ・滤波器（转矩指令滤波器、陷波滤波器） ・摩擦补偿 ・A型抑振控制 ・抑振
单击 “Autotuning”
选中“No reference input”
高级自动调谐的开始窗口
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4.2.5 高级自动调谐
（1）模式选择设定为“2:Positioning”
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4.1.1 增益相关参数
Pn102：位置环增益
Pn101：速度环积分时间常数
位置环
速度环
Ti
＋
Kp
－
＋
＋ Kv, J ＋
－
电流环
Tf, Nt
电流
＋
控制部
－
电流反馈
速度反馈
位置反馈
机床
电机 编码器
Pn100：速度环增益 Pn103：惯性转矩比
Pn401：转矩指令滤波器时间常数 Pn409：陷波指令滤波器频率
单参数调谐
在运转机床并追踪数据的同时，手动调整2个 参数，从而获得最稳定的响应性。 整定时间：0 - 4ms。
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4.1.3 伺服调整功能的调整对象
免调整 惯性转矩比 位置、速度增益 转矩指令滤波器 自动陷波滤波器
*)
A型抑振控制*) 摩擦补偿 模型追踪控制 振动控制*)
*)检测出振动时使用
⑩选中“Single”。 ⑪单击“Start”。
⑧如下设定触发器： 触发器条件：Trigger A 触发器对象：TGON 触发器类型：Falling edge
运动安控川制电培机训(中课国程)有限公司
⑦设定预触发 器为“10”%。
⑨单击“OK”。
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4.2.4 实践准备
2）设置实时监测2：位置控制模式时
14
4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤4
单击“Forward”。
单击“Reverse”。
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4.2.2推算转动惯量
2）设定惯性转矩比的步骤5
测试完成窗口
①完成测算后，单击 “Next”。
②显示伺服OFF的提 示信息窗口，单击 “OK”。
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注）转矩指令滤波器是设置在转矩指令中的滤波器，用于抑制伺服单元造成的振动。
③ 速度环增益KV (Hz)和位置环增益KP (s-1) 的关系
Kp ≤ 2 πKv 4
移项后得到，
K P ≤ 2π = 1.57 KV 4
如果①②③的关系式中有任何一项未成立，则系统会发生振动。
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