数控机床伺服系统原理分析与性能调整.pdf

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1、2010年第5期·控制与检测·文章编号：1001—2265(2010)O5—0081—02数控机床伺服系统原理分析与性能调整魏胜(深圳职业技术学院，广东深圳518055)摘要：论文通过对FANUC伺服系统建模和传递函数的计算，结合控制原理分析位置环、速度环、电流环以及前馈补偿对伺服系统稳定性和动态性能的影响，介绍相应伺服参数的意义和设置，为FANUC伺服系统的调整提供理论依据和参考。关键词：FANUC；伺服系统；调整中图分类号：TH16；TG65文献标识码：ATheoryAnalysisandFunctionAajustmentofCNCServoSys

2、temWEISheng(ShenzhenPolytechnic，GuangdongShenzhen518055，China)Abstract：Basedontheservosystemmoduleandtransferfunction，Thepaperanalysestheeffectofstaticanddynamicperformancebythepositionloopgain、velocityloopgain、currentloopandadvancedfeedforwardcontrol，introducesthemeaningofthecor

3、respondingservoparametersandoffersthetheorysupportandrefer‘encefortheadjustmentofFANUCservosystem．Keywords：FANUC；servosystem；adjustment，一位置调节器一O引言复杂，通常在分析伺服系统时，从其原理出苷发+，建一立速度调节器简化的传递函数框图，并以此作为分析伺服系统动、●静数控机床的总体性能很大程度上由伺服系统的性态性能的依据。能决定的⋯，而影响伺服系统动、静态性能的主要因素包括位置环、速度环增益以及前馈环节，本文从伺服系r—

4、●———————————————_—————————_-统的原理框图人手，分析影响机床快速响应性、稳定性—皇．1和加工精度的因素以及改进方法，并介绍FANUC系统指令．I插—]补进给与伺服有关的相应参数，为机床的伺服调整提供理论轴依据和参考。1FANUC进给伺服系统框图FANUC0i系列伺服单元是典型的三环伺服系统，其系统框图如图1所示。其中，Mcmd为移动指令，图1FANUC0i系列进给伺服系统框图Vcmd为速度指令，Temd为扭矩指令，CMR为指令倍2伺服系统传递函数分析率，DMR为检测倍率，为前馈系数。由图可知进给伺综上所述，将伺服系统框图简化为图

5、2所示的传服系统是由驱动模块和伺服电动机组成的一个高精度统函数框图，其中，K为位置环增益，为速度环增角度闭环系统，其输入为数控系统发出的指令脉冲，输益，K为速度反馈系数，，为电流环积分增益系数，1／出为电动机转角。在以位置环、速度环、电流环以及(+1)为伺服电机惯性环节，C为电机转角。脉冲编码器等组成的检测反馈环节所实现的闭环控制下，电机转角将跟随指令脉冲变化。进给伺服系统虽然结构清晰，但由于采用了数字控制，使用了编码器反馈，D／A变换器和可控硅交流技术，使得具体线路非常图2伺服系统传递函数框图收稿日期：2010—01—27作者简介：魏胜(1976一)，

6、男，湖北孝感人，深圳职业技术学院讲师，硕士研究生，主要研究方向为数控技术，CAD／CAM，(E—mail)gdutwei@ya．hoo．Corn．cn。·控制与检测·组合机床与自动化加工技术2．1误差分析由控制系统理论可知：~2竹一arctan—,／1-传递函数：一．r∞■。~，l一考==而㈩当一定时，∞增大，则t，就减小；当一定时，减，=州5：等小，t，就减小。由于gO=~／，／，当速度环设置(2)好以后，速度环和电流环增益系数K和K，已成为常当输入单位阶跃信号R(s)=时，系统误差为：数，所以增大位置环增益K即可增大系统的固有频率，从而减少上升时间，

7、提高系统的响应速度。is(+1)+KK，K，rs1m(s)=lira可’了_0由因为=e~／，可见M只与阻尼比有(3)关，增大阻尼比可以降低超调量，从而减少振荡次可见由于电机的积分作用，整个伺服进给系统是，数。而阻尼比=(1+)／2，减少位置环增型系统，其静态误差为0，但由于机床间隙的存在，使得益可减少系统固有频率∞，从而增大阻尼比来实现减实际加工误差不为0E4]。弱系统振荡性能，增强系统动态稳定性。这于前面所述的减少上升时间，提高系统的响应速度相矛盾，所以2．2稳定性分析要得到满意的动态性能，通常根据允许的超调量来选由(1)式可知：择合适的阻尼比。，=

8、=在FANUC0i系统中，参数PRM1825表示伺服位KPKK，／T置环增益。综