數控機床伺服參數調整方法

李亞聰 康亞彪

摘? ?要：現階段，我國的工業發展較為迅速，產品的質量和數量都在不斷提升，所以對數控機床提出了新的要求。在數控機床的實際生產中，許多伺服參數的調整仍然不是十分完善，制約了機床的生產精度，對機床加工質量帶來不利影響。本文將從伺服系統的調整原則、順序以及方法這三個方面進行闡述，旨在對我國數控機床伺服參數的調整提供借鑒。

關鍵詞：數控機床? 伺服? 振蕩? 參數調控

中圖分類號：TP659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（b）-0066-02

1? 伺服系統參數調整原則

伺服系統通常由三個反饋系組成，分別為位置環、速度環以及電流環，具體如圖1所示。

1.1 位置環增益

位置環增益是重要的參數，對機床的工作具有重要的作用。位置環增益越大，那么當位置指令輸入過后電機響應速度也會更快，進行位置跟蹤會更加準確，運動部件定位會更加及時。系統在執行指令的過程中，相應指令運轉的部件會收到較大的沖力，所以也就對部件的剛性質量提出了更高的要求。

相對于高增益，位置環增益越小，伺服系統也會更加平穩，雖然如此，但是不能過分追求低增益，否則就會帶來更高的使伺服系統跟蹤誤差，最終在工件加工時在加工軌跡上產生誤差。

為了加強機床的剛性，減少跟隨誤差，盡可能加快定位速度，就要適當提高位置環設定值，但是應當保持在一定范圍內，否則就會帶來振動，降低工作質量。

1.2 速度環增益

速度環增益一般用于調整速度環的反應速度。如果增加一定量的速度環增益，那么機床的振動幅度也會更加劇烈，不利于實際工作。所以，要確定機械部件的振動上限，在這個上限值以下來調整速度環增益，以提升反應速度。在速度環增益設定的過程中，若缺乏合理的數據支持，就會帶來偏差，導致靜態誤差的產生。所以，可以將其設為比例積分控制，然后再通過速度積分補償來設定積分常數。

1.3 速度環積分時間常數

速度環積分時間常數的合理使用一般能夠有效降低電機速度振動，然而如果時間常數設定存在一定問題就可能造成速度環的反應滯后，增長驅動器的反應時間，最終降低了電機定位效率。一般情況下，若機械負載慣量較高，并且器械部件發生了一定程度的振動現象，則能夠提供速度環積分時間常數來解決這方面問題。除此之外，還要注意延遲因素值的大小，根據系統的特征和需要進行合理調整，確保定位時間以及相應速度滿足要求。

2? 伺服參數調整順序

伺服驅動器是數控機床重要的一個部分，其中的各個參數設定都會對其他部分產生影響，同時也會受到其他部分的制約。為了確保系統工作的穩定，位置環的響應通常要比速度環響應慢，所以當需要對位置環進行提升的時候就要保證速度環足夠高。電流環-速度環-位置環必須要由里向外調整。處于外側的反饋環應當比內側低。通常在提高位置環之前就要適當提高速度環，這樣才可以避免速度指令振動，加快定位時間。

若位置環反應速度十分快，甚至是超過速度環，那么速度環的指令也就無法及時跟隨位置環指令，最終就會降低機床制造的質量。

3? 伺服參數調整方法

3.1 速度環增益的調整

在最初進行設定的時候，保證位置環增益處于較低的水平。然后再慢慢提高速度環增益，期間要確保系統不會產生額外的聲音或者振動。隨著速度環增益的提高，機床的剛性也會有一定程度的提升，但如果較高的話就可能造成振動。為了保證不會產生振動，要將最終設定值為產生振動時值的65%～75%。在這種情況下，機床不僅會有較高的剛性，其響應速度也較高，外界的影響也不會對機床產生作用。

若設定值不符合要求，那么伺服系統也就會有一定的波動，系統電機在執行指令的過程中會產生較大幅度的振動，所以為了避免這種狀況的發生就要及時增加速度環增益以及速度環積分時間，進而消除系統振蕩。當速度環增益較低的時候，電機在執行指令的過程中就會產生浮動，波動頻率會更低，最終會對伺服系統的響應性帶來不利的影響。

3.2 速度環積分時間常數的調整

速度環積分時間常數實際上就是帶來一定的延時效果，如果設定值較高，那么隨后所帶來的定位時間也會更長，對系統響應性帶來影響。一般情況下，如果沒有振動的產生，時間常數可以不用太高。

若時間常數較高，伺服系統的響應也會耗時更久，然后系統剛性會更低。另外，若時間常數較低，在實際工作中就會發現伺服系統會有一定浮動，甚至還可能出現噪音等。

3.3 位置環增益

在調整過程中，在完成速度環增益后還要注意后續的位置環增益的調整，最終要保證沒有振動以及噪音的產生。

如果位置環增益較高，那么與此同時可以發現機床剛性會有較高的提升，但是同時也會發現系統開環總增益更高，電機運行的穩定性無法滿足要求。

如果位置環增益較低，在工作中速度響應帶來的位置偏差就會更加明顯，然后電機的速度跟蹤滯后與位置指令速度，最終就會對加工精度帶來不利的影響。

調整過程中其震蕩變化如圖2所示。

4? 結語

綜上所述，數控機床的發展為現代工業生產帶來了極大的便利性，提高了生產效率和質量。所以，要充分了解數控機床的伺服系統，明確其中的位置環增益、速度環增益以及速度環積分時間常數的意義，對其做出合理的調整，還要注重這三種伺服參數調整順序，這樣才可以保證數控機床的精度，推動我國工業生產的發展。

參考文獻

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