伺服调试攻略-偏性能

伺服调试攻略（偏性能）调试前准备工作(功能)4点动运行：利用上位机进行点动，观察伺服的运行状况，如无再利用伺服的点动功能（H0d11）！1机械安装：主要考察我司伺服电机和机械设备的连接状况，机械设备本身的安装状况！2接线：考察伺服和上位机之间输入输出线号，保证接线正确，排除干扰！3参数设置：驱动器和电机参数先保证正确（这就保证了电流环参数的设置），然后保证与输入输出信号相关的参数设置正确，最后再考察模式设置及可调整参数！性能相关知识普及•伺服位置、速度、电流三环控制伺服的三环控制位置环电流环－转矩环速度环出力大小和方向转速大小和方向位移大小和方向AB电机控制的本质就是控制电机的力矩性能相关知识普及性能相关知识普及•伺服位置、速度、电流三环控制•伺服调节器的PI控制性能相关知识普及•调节器的作用是对指令与反馈的偏差按照一定规律运算，使输出的控制输出量向减少偏差的方向变化，进而使控制反馈接近指令速度指令速度反馈调节器输出即电流环给定速度PI调节器PI调节器STR_MTR_Gvar.Spd_Kp（经由功能码换算后的Kp增益）（PDFF增益）转矩指令（红色）速度反馈（蓝色）速度指令（黑色）速度PI调节波形性能相关知识普及•比例调节的作用是对速度偏差的瞬间作出快速反应。偏差一旦产生，控制器立即进行响应，使调节器输出的转矩指令向减少速度偏差的方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数H0800，比例系数越大，控制作用越强，但过大会导致系统振荡，破坏系统的稳定性。速度PI调节器性能相关知识普及比例调节的作用（PDFF增益）STR_MTR_Gvar.Spd_Kp（经由功能码换算后的Kp增益）速度反馈（蓝色）速度指令（黑色）•H0800＝100过小•H0800＝300较合适•H0800＝1000增益过大引起振荡比例增益主要为加快响应速度的作用性能相关知识普及•比例调节的作用是对速度偏差的瞬间作出快速反应。偏差一旦产生，控制器立即进行响应，使调节器输出的转矩指令向减少速度偏差的方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数H0800，比例系数越大，控制作用越强，但过大会导致系统振荡，破坏系统的稳定性。速度PI调节器•积分调节的作用是消除静态误差，加强跟随紧密程序。使速度反馈无限接近于速度给定。控制作用的强弱取决于积分时间H0801，积分时间越小，积分控制作用越强，但积分作用过强会降低系统的响应速度，增加系统的超调量。性能相关知识普及积分时间H0801的作用•H0801＝12速度指令（黑色）速度反馈（蓝色）速度指令（黑色）速度反馈（蓝色）•H0801＝112积分增益起减小稳态误差的作用性能相关知识普及sipiTKKT（积分增益）（积分时间）性能相关知识普及•伺服位置、速度、电流三环控制•伺服调节器的PI控制•惯量与伺服驱动器性能匹配关系惯量与伺服驱动器性能匹配关系•在惯量比较大又需要较高的响应速度的场合，则只能通过PID算法来补偿：加大刚性等级（增大速度位置环增益）。但由于机械系统允许的刚性等级又会受到伺服带宽的限制。因此在这种场合下速度位置参数调整就易趋边缘化，导致系统振荡。•负载惯量比对电机的控制特性和快速移动的加/减速时间有很大影响。是决定电机进行加减速时所需力矩大小的一个物理量。负载惯量比越大，电机和负载之间动量传递产生的冲击就越大，伺服就需要越长时间的时间来响应给定的转速。•通常在高响应，高精度场合，惯量比要控制在3-5倍以下，一般应用场合控制在10倍左右，要求不是很高的场合，可以在30倍以下，超过30倍，一般来说都比较难调整，只适用于少数回转装置之类的机构，加减速时间也不能太短。性能相关知识普及性能相关知识普及•伺服位置、速度、电流三环控制•伺服调节器的PI控制•惯量与伺服驱动器性能匹配关系•带宽的含义，编码器分辨率与性能关系带宽的含义，编码器分辨率与性能的关系性能相关知识普及驱动器输入正弦波速度指令，其幅值为额定转速指令的0.1倍，频率由1HZ逐渐升高，速度输出相位滞后90度或幅值减少至0.707时的正弦波速度指令频率为驱动器的带宽。带宽相当于一个伺服的能力。带宽又有电流环带宽、速度环带宽编码器分辨率直观来说对伺服性能有两个影响：影响速度反馈采样和位置反馈精度。举例我司10000P/rpm编码器，若速度计算频率为2K(0.5ms)，若0.5ms内只检测到一个P，则0.5ms内电机转动1/10000rpm,即测得转速为12rpm.即实际的测速分辨率为12rpm.这会引起速度波动，和速度控制的延时。进而影响性能。编码器分辨率小时，一个脉冲偏差的位置环调节即可引起机械的高频噪音甚至是肉眼可以感受到的震动。调试手段2使用后台调试：可以直观地观察各种性能指标，如定位时间，响应时间，转速波动大小等！调试时在点动状态下及系统运行状态下观察，一般使用指令来触发！1凭经验盲调：主要考察系统运行是否平顺，机械或电机是否有异响,根据机械生产运行效果或者样品质量来调节增益参数，这既考验研发默认参数设置是否合理，更考验市场人员的经验。凭经验盲调学习难度较低、能解决简单伺服调试使用后台调试学习难度较高、能清晰解决复杂问题、专业后台使用简单介绍不同控制模式调试示波器组合1位置模式：位置指令，位置反馈，位置随动误差或位置指令，速度指令，速度反馈2速度模式：速度指令，速度反馈3转矩模式：转矩指令，转矩反馈，速度反馈对常用可调参数的认识3速度环积分时间（H0801）：影响伺服运行时速度的稳态精度和跟随速度指令的紧密程度。积分作用过大（积分时间过短）会导致速度超调（即过冲）。1速度环比例增益（H0800）：影响速度响应跟踪快慢，原则上在保证电机或系统无异响的前提下，可以不断加大此值。可通过经验或上位机观察速度反馈的跟随情况，过大会导致机械异响，速度反馈波形振荡。2位置环增益（H0802）：影响位置模式下的定位时间或多轴配合的效果，此值越大位置跟随越好，过大导致系统振荡。4转矩指令滤波时间（H0705）：减小因电流的振荡引起的机械高频振动。但过大使电流响应变慢，减弱电流环带宽。对常用可调参数的认识6位置指令滤滤波（H0506）：因上位机指令发送脉冲过急导致位置跟随不上甚至引起过压时加入。过大使位置指令不真实，导致反馈跟踪有延时。7速度前馈滤增益（H0819）：当响应高且随动误差要求较小的场合加入。过大引起系统振荡5转动惯量比（H0815）：辅助参数，易用性提高的关键参数，对当前我司伺服的影响可理解为：速度环增益乘上的系数。增益参数调试的几个要点速度环比例增益H0800与积分时间H0801两者不可得兼，单轴定位的场合对快速响应（比例增益H0800）要求较高，此时可减弱积分作用，加大积分时间H0801。多轴配合的场合则需要加强积分作用紧密跟随速度指令，需要一定的积分作用配合电流环相关增益己经研发整定并集成入软件内，更改电机型号即可自动匹配正确电流环增益，原则上不允许客户更改；位置模式下先调整速度环增益，再调整位置环增益。在不引起机械震荡的前提下，请尽量先提高速度环比例增益，再选取合适的位置环增益。尽量不加滤波和前馈增益。前馈可能会引起系统振荡；滤波会使控制延时，反馈响应变慢，不能真实反映控制指令；单轴定位应用调试1位置模式下的调试基本可以理解为定位调整，我们主要关注定位时间和是否有过冲状态2位置模式下的位置定位时间－－一般指从位置指令为0至位置指令偏差少于10P左右所需时间。典型应用3单轴设备一般对定位结果要求较高，对过程一般无要求，因此调试时可先减弱积分作用（加大积分时间H0801），再尝试加大比例增益，先加大速度环增益，再调节位置环增益，直到定位时间满足要求且不出现过冲。X轴Y轴晶片示意图单个晶元示意图扎孔举例半导体设备定位典型应用位置指令偏差（红色）位置指令（黑色）位置反馈（蓝色）位置积分时间H0801过小积分作用过强，导致位置定位整定时间过长举例半导体设备定位典型应用位置指令偏差（红色）位置指令（黑色）位置反馈（蓝色）增益合适，定位时间短，无过冲。举例半导体设备定位典型应用多轴联运配合应用的调试1多轴调试和单轴调试类似，首先也是尽量加大速度环增益，积分增益也要保证，需要保证速度跟随紧密。2不同应用的各轴增益关系不同，一般情况下初始调试时参数保持一致！典型应用雕铣机应用举例要求速度跟踪要紧密典型应用位置模式常见标准波形分析位置模式常见标准波形分析速度模式常见标准波形分析异常波形分析过冲（加大积分时间或减小位置增益）振动（减小速度增益）异常波形分析位置环增益较大，速度环增益较小，速度环响应不够，加大速度环增益位置指令偏差（红色）位置指令（黑色）位置反馈（蓝色）位置指令偏差（红色）位置指令（黑色）位置反馈（蓝色）异常波形分析位置指令偏差（红色）位置指令（黑色）位置反馈（蓝色）速度环积分时间H0801较小，积分作用过强，导致位置整定时间长，加大速度环积分时间H0801位置指令偏差（红色）位置指令（黑色）位置反馈（蓝色）异常波形分析可参考的参数调试过程1从默认参数开始调试，一个可以参考的过程是：先只调试速度环增益参数，以当前增益为基准，每次增大50%，如200—300—450直至运行时机械有微震再稍微减小速度环增益；然后再调整位置环增益，同样地以当前值为基准，增大或减小50%；最后如果有过冲即超调现象，再减弱积分作用，加大积分时间！2选择适当的刚性等级：先进行惯量辨识，然后设置H0905，相应的增益参数都自动设置好（现在由于积累的数据不够多，自动匹配的刚性等级可能不合适）；需要了解的是数值越大则刚性越强，数值越小刚性越弱！性能调试注意事项1随着功能的增加，故障类型会变多，常见有编码器故障，过压故障，过流过载故障等，由于设计的类型较多，处理的方法说明书上都有详细介绍；2电机型号设错，电流环参数不匹配，导致极易过流，甚至在低转速下JOG即过流，如H和V电机型号不匹配，请注意查看电机铭牌再对应正确的电机型号（如H型750W电机型号为6，V型则为306）。开口槽闭口槽电机参数匹配错误，180型号电机请使用2.80版本程序。3驱动器重新匹配电机时或者P型机升级2.80版本，要重新设定驱动器和电机型号。更改过程中要多次上电重启；性能调试注意事项4达到同等调试效果情况下，112#非标速度环积分H0800、H0801增益较P型机小；5速度增益调整到临界振荡状态时，会出现机械运行不稳定状态，如时有机械运行噪声，此时请稍微减弱速度环积分作用（加大积分时间H0801），减小速度环比例增益。6如出现定位完成时，机械来回晃动现象，一般都是位置环响应高于速度环增益，此时请减弱积分作用，尽量加大速度环增益，稍微减小位置环增益。如果现场为超大惯量场合则请考虑加入减速机，或者选型较大惯量电机。7伺服版本升级后由于新增功能，初次上电可能会报错，因此升级前请先保存参数，升级完成后H0231复位出厂。