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802DSL控制器优化控制器优化控制器优化控制器优化SINUMERIK802DSolutionLine控制器优化2007.111.0版本初稿序序序序802DSL控制器优化第2页共67页802DSL控制器优化.doc序序序序对于包含驱动和伺服电机的整套数控系统来说，其最根本的任务就是对运动的控制，这一任务是由其作为控制器的功能来实现的。而对于控制器来说，其优化是控制器设计的重要组成部分。由于整套数控系统来说，其控制器的优化是随所连接的机床情况而进行的，所以此优化过程只能而且必须作为机床调试的一个环节。鉴于802DSL是一个新产品，用户对其优化普遍比较陌生，所以有必要出一些相应的文献加以说明，希望本文有益于大家完成802DSL控制器优化。感谢我的主管陈勇的支持，感谢谢嵩敏、周繁荣、黄若曦等同事的帮助。由于本人学识实践都比较浅，文中一定有些不当之处，希望大家能帮助加以指正！谢谢！胡友前2007.11.6目录目录目录目录802DSL控制器优化第3页共67页802DSL控制器优化.doc目录目录目录目录1控制器基础控制器基础控制器基础控制器基础.............................................................................................................................................41.1控制器描述......................................................................................................................................41.2802DSL控制器............................................................................................................................112电流环测试电流环测试电流环测试电流环测试...........................................................................................................................................152.1电流环介绍....................................................................................................................................152.2用IBNTOOL观察电流环特性........................................................................................................193速度环优化速度环优化速度环优化速度环优化...........................................................................................................................................233.1速度环介绍....................................................................................................................................233.2用IBNTOOL进行速度环优化........................................................................................................273.2.1自动优化................................................................................................................................273.2.2手动优化................................................................................................................................284位置环优化位置环优化位置环优化位置环优化...........................................................................................................................................464.1位置环介绍....................................................................................................................................464.2用IBNTOOL进行位置环优化........................................................................................................46控制器基础控制器基础控制器基础控制器基础802DSL控制器优化第4页共67页802DSL控制器优化.doc西门子数控（南京）有限公司客户关系部025-521018881控制器基础控制器基础控制器基础控制器基础1.1控制器描述控制器描述控制器描述控制器描述对于如下图所示的数控机床典型系统，通过物理上的分析我们可以将其简化为弹簧阻尼和质子的二阶系统：如果我们知道了系统的输入及输出，就可以通过数学上的方法在时域或频域上反映输入输出关系，从而描述了系统的特性，这样系统可以近似简化为一些特性曲线图，以帮助我们直观地分析系统。最常用的特性曲线图就是Bode图。编码器编码器编码器编码器简化简化简化简化系统输入系统输入系统输入系统输入系统输出系统输出系统输出系统输出系统系统系统系统系统系统系统系统光栅尺光栅尺光栅尺光栅尺编码器编码器编码器编码器控制器基础控制器基础控制器基础控制器基础802DSL控制器优化第5页共67页802DSL控制器优化.doc西门子数控（南京）有限公司客户关系部025-52101888数控系统也正是通过将采样的实际值（电流、速度、位置等）和设定值进行数字化的处理（例如快速傅里叶变换）反映出系统的特性，这样我们才能对控制器进行调节，以保证系统在稳定的前提下有更好的输出。简化简化简化简化简化简化简化简化加在电机上的加在电机上的加在电机上的加在电机上的噪声信号噪声信号噪声信号噪声信号直接测量系统的响直接测量系统的响直接测量系统的响直接测量系统的响应信号应信号应信号应信号数控系统数控系统数控系统数控系统，，，，可能通过调试可能通过调试可能通过调试可能通过调试工具工具工具工具显示系统特性显示系统特性显示系统特性显示系统特性（（（（常为常为常为常为BODE图图图图））））光栅尺光栅尺光栅尺光栅尺编码器编码器编码器编码器控制器基础控制器基础控制器基础控制器基础802DSL控制器优化第6页共67页802DSL控制器优化.doc西门子数控（南京）有限公司客户关系部025-52101888Bode图由上下二张图构成，两张图横坐标都为频率，上面的图纵坐标为输出输入幅值比，下面的图纵坐标为输出输入相位角之差。典型二阶系统的Bode图如下：控制器基础控制器基础控制器基础控制器基础802DSL控制器优化第7页共67页802DSL控制器优化.doc西门子数控（南京）有限公司客户关系部025-52101888Bode图是系统的稳态特性。坐标上的值表示当输入为相应频率正弦信号时输出与输入在幅值和相角上的对应关系。由此可见频域和时域的相互关系。上图表示如输入为7Hz正弦信号，则输出为幅值放大1.2倍，角度滞后1.2度的同频率正弦信号。dB代表的值如下图：控制器基础控制器基础控制器基础控制器基础802DSL控制器优化第8页共67页802DSL控制器优化.doc西门子数控（南京）有限公司客户关系部025-52101888输入频率接近固有频率时，输出与输入的幅值比最大，对于典型二阶系统相位差在-90度时的频率为系统固有频率，也称为系统带宽ωb，此值越大反映在时域上的响应时间越短。幅频图上的最高点称谐振峰值Мr，是系统相对稳定性的一种常用指标。控制器基础控制器基础控制器基础控制器基础802DSL控制器优化第9页共67页802DSL控制器优化.doc西门子数控（南京）有限公司客户关系部025-52101888Bode图与系统阶跃响应对应关系：控制器基础控制器基础控制器基础控制器基础802DSL控制器优化第10页共67页802DSL控制器优化.doc西门子数控（南京）有限公司客户关系部025-52101888由上图我们可以看出当固有频率相同时，阻尼比D较大，则对应的超调就大，系统更不稳定。通过以上例子我们可以看出对特性曲线的分析能帮助我们选择正确的控制方式和控制参数，这也是本文的主旨。控制器基础控制器基础控制器基础控制器基础802DSL控制器优化第11页共67页802DSL控制器优化.doc西门子数控（南京）有限公司客户关系部025-521018881.2802DSL控制器控制器控制器控制器运动控制是由数字控制和驱动控制一起来完成的。对于802DSL来说其结构如下：在图中可以看见驱动器SINAMICSS120的控制器CU320集成在PCU中，这样使数字控制和驱动控制之间可以高速交换数据（局部总线级），而CU320与驱动部分的其它模块（电源、电机、传感器、端口等）通过CliQ口(双工高速串行接口)进行通信，这种结构使其比采用SIMODRIVE的系统具有更高的响应性和可靠性。802DSL控制器的优化是借助于其调试软件（Starter或IBNtool），通过系统时域及频域特性的分析，选择相应的控制方式和参数来实现的。对于整个控制系统来说，包括电流控制器，速度控制器和位置控制器，由这些控制器对相应环路进行控制。具体如下图：设定值实际值设定值实际值位置控制（注意PCU内置驱动控制器CU320属驱动部分）-轴-SINUMERIK轴参数：丝杠螺距齿轮比最高转速最大加速度最大突变位置控制位置设定值滤波前馈控制速度控制+电流控制-驱动-SINAMICS驱动参数：电流/扭矩界限电流控制电流设定值滤波速度控制速度设定值滤波加工程序加工程序加工程序加工程序CU320控制器基础控制器基础控制器基础控制器基础802DSL控制器优化第12页共67页802DSL控制器优化.doc西门子数控（南京）有限公司客户关系部025-52101888仅供参考仅供参考仅供参考仅供参考，，，，参数与实际可能不同参数与实际可能不同参数与实际可能不同参数与实际可能不同控制器基础控制器基础控制器基础控制器基础802DSL控制器优化第13页共67页802DSL控制器优化.doc西门子数控（南京）有限公司客户关系部025-52101888802DSL用来进行控制器调试的工具有两种，一为IBNTool，另一个为Starter。前者属于数控系统调试的软件，840D/840Di/810D都用这个工具进行调试，特点是它可以对NC参数和驱动器参数进行修改，可以用它来优化位置环，速度环，电