基本增益参数
在极致的性能要求场景下,可以手动微调增益。通过更细致的调整,优化调试效果。
伺服系统由三个控制环路构成,从内向外依次是电流环、速度环和位置环,基本控制框图如下图所示。
越是内侧的环路,要求响应性越高。一般内环带宽要设置为外环带宽4倍以上,例如,电流环带宽2000Hz,速度环带宽设置不应高于500Hz,位置环带宽设置不应高于125Hz。调试过程中,应尽量遵守该原则,否则可能导致系统不稳定!
伺服驱动器默认的电流环增益已确保了响应性,一般无需调整,需要调整的只有位置环增益、速度环增益及其他辅助增益。因此,位置控制模式下进行增益调整时,如果想要提高位置响应性能,为保证系统稳定,首先提高速度环增益,并确保环路之间内环高于外环带宽的4倍原则,然后再提升位置环增益,减小位置跟踪误差。必须保证由内而外的次序,进行环路增益调整。
基本增益参数调整方法如下。
步骤 | 功能码 | 名称 | 调整说明 |
1 | P06.00 | 速度比例增益1 |
参数作用: 调整方法: |
2 | P06.01 | 速度积分增益1 |
参数作用:消除速度环偏差。 调整方法:建议按以下关系取值:500≤P06.00×P06.01≤1000 |
3 | P06.02 | 位置比例增益1 |
参数作用:决定位置环能够跟随的变化的位置指令最高频率。 调整方法:为保证系统稳定,应保证速度环最高跟随频率是位置环最高跟随频率的3~5倍,因此: 例如,速度环增益P06.00=40.0Hz时,位置环增益应满足:50.2Hz≤P06.02≤83.7Hz。根据定位时间进行调整。加大此参数,可加快定位时间,并提高电机静止时抵抗外界扰动的能力。设定值过高可能导致系统不稳定,发生振荡。 |
4 | P07.02 | 转矩滤波1 |
参数作用:消除高频噪声,抑制机械共振。 例如,速度环增益P06.00 =40.0Hz时,转矩指令滤波时间常数应满足:P07.02≤1.00ms。增大P06.00发生振动时,可通过调整P07.02抑制振动,;设定值过大,将导致电流环的响应降低;需抑制停机时的振动,可尝试加大P06.00,减小P07.02;电机停止状态振动过大,可尝试减小P07.02设定值。 |
位置环增益Kp,速度环增益Kv,速度环积分Ti,转矩低通滤波时间Tf,是伺服控制基本环路增益参数,四个基本增益参数之间需要保持一定的关系,才能保证整个伺服系统在稳定性和高性能之间取得平衡,四个基本参数之间数学关系如下:
下面结合实验波形,分别介绍一下,在位置控制模式下,基本增益参数的作用。
无速度积分位置跟踪波形
有速度积分位置跟踪波形
通过对比图,可以发现当只有位置增益和速度增益系数,无速度积分时,可实现快速定位,有稳态误差,提高环路增益可以降低稳态误差;当有速度积分时,无稳态误差,但是整定时间变长。
有转矩低通滤波 Tf=4ms
有转矩低通滤波 Tf=0.2ms
通过对比图可以发现,增加转矩低通滤波可以消除转矩振荡,但是滤波转折频率较低,相位滞后增大,无法提高增益,整定时间变长。
通过对比图可以发现,通过合理设置转矩低通滤波,可以消除转矩振荡,同时也保证了位置快速整定,在快速性与稳定性之间取得了比较好的平衡。
增益类与转矩控制参数功能码
功能码 | P06.00-速度比例增益1 | P06.01-速度积分增益1 | P06.02-位置比例增益1 | P07.02-转矩滤波1 |
单位 | Hz | ms | Hz | ms |
默认值 | 25.0 | 31.83 | 40.0 | 0.79 |
最小值 | 0.1 | 0.15 | 0.1 | 0.00 |
最大值 | 2000.0 | 512.00 | 2000.0 | 30.00 |
设定、生效方式 | 停机设定/立即生效 | 停机设定/立即生效 | 停机设定/立即生效 | 停机设定/立即生效 |
注释 | - |
前馈控制
速度前馈
在位置控制模式下,通过内部位置指令直接计算出动作所需的理论速度指令,并与位置反馈闭环计算得到的速度指令相加,施加到速度调节器指令输入,与单纯反馈控制比,可大幅降低位置跟踪误差,提高响应性能。因此,使用速度前馈功能,可以提高速度指令响应,减小固定速度时的位置偏差。
理论上,位置偏差与位置环增益、速度前馈增益之间的关系,如下所示。如果将速度前馈增益设置为100%,理论上位置偏差将变为零,但是过大的前馈增益系数将引起加减速段过大的速度过冲。
当位置指令更新周期小于伺服控制周期时,速度前馈的微分操作,会引起较大的微分误差,此误差会转化为高频转矩指令成分,进而诱发运行过程中的电磁噪音,此时请使用位置指令滤波器(FIR滤波器或者滑动均值滤波),或者增大速度前馈滤波值。
速度前馈功能操作步骤:
A)设置速度前馈信号来源
将P13.12(速度前馈控制选择)置为非0值,速度前馈功能生效,速度前馈信号来源可选择内部和外部,具体如下表所示。
功能码 | 名称 | 设定值 | 备注 |
P13.12 | 速度前馈控制选择 | 0:无速度前馈 | - |
1:内部速度前馈 | 将位置指令对应的速度信息作为速度前馈信号来源。 | ||
2:将AI1用作速度前馈输入 | 将AI1作为速度前馈信号的来源。 | ||
3:将AI2用作速度前馈输入 | 将AI2作为速度前馈信号的来源。 |
B)设置速度前馈参数
包括速度前馈比例增益(P6.08)和速度前馈滤波时间 (P07.06)。
功能码 | 名称 | 调整说明 |
P07.06 | 速度前馈滤波时间 | 减小滤波时间,可抑制加减速时的速度过冲; 增大滤波时间,可抑制位置指令更新周期与驱动器控制周期相比较长、位置指令的脉冲频率不均匀等情况下的噪音,抑制定位完成信号的抖动; |
P06.08 | 速度前馈比例增益 |
转矩前馈
位置控制模式,采用转矩前馈,可以提高动态速度响应,减小固定加减速时的位置偏差; 使用转矩前馈,需要设置正确的负载转矩惯量比,请使用机械负载识别结果。转矩前馈增益设置为非零值,转矩前馈功能即启用,通过提高转矩前馈增益,可将恒定加减速过程中的位置偏差控制到0附近,在没有外部力矩干扰的情况下,可完美跟踪梯形运动曲线。
转矩前馈功能操作步骤:
A)设置转矩前馈信号来源
将P14.11 (转矩前馈选择)置为非零值,转矩前馈功能生效,前馈信号来源可选择内部和外部,具体如下表所示。
功能码 | 名称 | 设定值 | 备注 |
P14.11 | 转矩前馈控制选择 | 0:无转矩前馈 | - |
1:内部转矩前馈 | 将速度指令作为转矩前馈信号来源。位置控制模式下,速度指令来自于位置控制器的输出。 |
B)设置转矩前馈参数
包括转矩前馈比例增益(P06.09)和转矩前馈滤波时间(P07.07)。
功能码 | 名称 | 调整说明 |
P07.07 | 转矩前馈滤波时间 |
参数作用: 调整方法:
|
P06.09 | 转矩前馈比例增益 |
二自由度控制
非转矩控制模式下,可使用二自由度控制系数改善控制效果,设置为100%,为普通PI控制模式;设为非100%即为二自由度控制,可用来增加对外力的抵抗能力以及改善速度响应波形。
下图是二自由度控制系数对速度上升缓慢以及定位完成缓慢的改善。
二自由度控制通过对速度环控制方法进行调整,增强速度环的抗干扰能力,改善对速度指令的跟随性。
功能码 | 名称 | 调整说明 |
P06.12 | 二自由度前馈系数 | 参数作用:非转矩控制模式下,改变速度环的控制方法。 调整方法:P06.12设置过小,速度环响应变慢;速度反馈存在过冲时,将P06.12由100.0逐渐减小,直至某一设定值下,二自由度控制取得效果。P06.12 =100.0时,速度环控制方法不变,为默认的比例积分控制。 |