FANUC-高速高精度控制的调整步骤.ppt

高速高精度控制的调整步骤高速高精度控制的调整步骤车驱动的三个基本要素车驱动的三个基本要素高速高精度机床加工的高速高精度机床加工的三个基本要素三个基本要素驾驶员驾驶员的驾驶技巧的驾驶技巧加速器加速器,刹车刹车,手动手动响应速度响应速度车的车的 悬挂悬挂CNC 的进给率控制的进给率控制 伺服伺服 系统系统响应响应机械机械刚性刚性 驾车和机床高速高精度控制具有以上驾车和机床高速高精度控制具有以上 相似性相似性.高速高精度控制需要的基本元素高速高精度控制需要的基本元素1.CNC 进给速度控制进给速度控制 高速高精度开始不协调的因素高速高精度开始不协调的因素 为了保证两者协调为了保证两者协调,切线方向的速度仅在必要的点上需要切线方向的速度仅在必要的点上需要 减小或者增加减小或者增加 -依靠各个轴的速度差依靠各个轴的速度差 -依靠各个轴的加速度依靠各个轴的加速度-依靠各个轴的加加速度依靠各个轴的加加速度 拐角前拐角前 慢下来慢下来拐角后拐角后速度升起来速度升起来曲线前曲线前慢下来慢下来曲线时曲线时慢速慢速高速高速高速高精度控制需要的元素高速高精度控制需要的元素2.伺服系统响应伺服系统响应 -尽可能精确地尽可能精确地跟随移动指令跟随移动指令 -尽可能尽可能抑制干扰扭矩抑制干扰扭矩 通过使用通过使用HRV2 或或 HRV3 和和 HRV 滤波器技术滤波器技术 实现较高的速度增益设定实现较高的速度增益设定高速高精度控制需要的元素高速高精度控制需要的元素实际路径实际路径实际路径实际路径指令路径指令路径指令路径指令路径普通车普通车赛车赛车3.机械刚性机械刚性 为了获得高增益和加工出高精度的工件为了获得高增益和加工出高精度的工件,也也 需要高的机械刚性需要高的机械刚性高速高精度控制需要的元素高速高精度控制需要的元素实际实际路径路径指令路径指令路径普通车普通车刚性好并刚性好并平稳的车平稳的车满足以上所有满足以上所有 3 条对于实现机床高速高精度控制仅仅是具备条对于实现机床高速高精度控制仅仅是具备 了有一个好的驱动了有一个好的驱动伺服调整过程伺服调整过程概述概述伺服伺服调调整整过过程概述程概述为了提高伺服系统的执行性能和为了提高伺服系统的执行性能和CNC 进给率控制伺服调整是必要的进给率控制伺服调整是必要的.伺服调整由下列项目组成伺服调整由下列项目组成.(伺服系统响应伺服系统响应)-增益和增益和 HRV 滤波器调整滤波器调整 这个调整提高了伺服控制总体的执行性能这个调整提高了伺服控制总体的执行性能.增益调整是最重要的项目增益调整是最重要的项目.-前馈调整前馈调整 调整前馈将路径误差减小为调整前馈将路径误差减小为0.它是高速高精度机床必不可少的功能它是高速高精度机床必不可少的功能.(CNC 进给率控制进给率控制)-通过加速度调整进给速度控制通过加速度调整进给速度控制 -通过速度差调整进给速度控制通过速度差调整进给速度控制 -通过加加速度调整进给速度控制通过加加速度调整进给速度控制 以上调整实现高速控制和指令路径的平滑控制以上调整实现高速控制和指令路径的平滑控制什么是伺服调整什么是伺服调整?伺服伺服调调整整过过程概述程概述如何进行伺服调整如何进行伺服调整 1在伺服调整过程中在伺服调整过程中,增益调整和增益调整和HRV 滤波器调整是最重要的滤波器调整是最重要的.通过提高伺服通过提高伺服系统的速度增益和位置增益能够高精度跟随位置指令和抑制伺服电机的干系统的速度增益和位置增益能够高精度跟随位置指令和抑制伺服电机的干扰扰.调整指导调整指导 在伺服指导中自动进行增益调整在伺服指导中自动进行增益调整.PCMCIAPCMCIALANLAN卡卡伺服伺服指指导导伺服指导伺服指导 是支持伺服调整的一个强有力的工具是支持伺服调整的一个强有力的工具.伺服指导可以观测到伺服伺服指导可以观测到伺服 系统的状态并能对伺服进行自动调整系统的状态并能对伺服进行自动调整.伺服伺服调调整整过过程概述程概述如何进行伺服调整如何进行伺服调整 2伺服调整使用一些代表性的图形形状伺服调整使用一些代表性的图形形状.这些图形形状的程序已登记到这些图形形状的程序已登记到伺服指导的伺服指导的 程序窗口程序窗口 并通过程序窗口执行生成相应的程序并通过程序窗口执行生成相应的程序.(圆圆)前馈前馈 反向间隙加速反向间隙加速(方方)通过速度差实现进给率控制通过速度差实现进给率控制 速度增益速度增益(带圆弧带圆弧-拐角的方形拐角的方形)通过改变加速度实现进给率控制通过改变加速度实现进给率控制HRV 控制控制高速响应和高速响应和 高分辨率反馈高分辨率反馈位置控制位置控制伺服系统伺服系统高精度高精度电流反馈电流反馈伺服伺服放大器放大器HRV滤波滤波器器a ai 伺服电机伺服电机速度控制速度控制伺服控制伺服控制伺服伺服调调整整过过程概述程概述关于伺服系统关于伺服系统伺服系统由伺服控制伺服系统由伺服控制,伺服放大器和伺服电机组成伺服放大器和伺服电机组成.所有这些产品对所有这些产品对于提高伺服系统的执行性能是很重要的于提高伺服系统的执行性能是很重要的.伺服调整提高了伺服控制的伺服调整提高了伺服控制的执行性能执行性能.伺服伺服调调整整过过程概述程概述+CNC发出发出的指令的指令位置增益位置增益(*5)高速速度环高速速度环(*3)前馈前馈(*4)消除消除 机械共振机械共振滤波器滤波器(*2)HRV 电流控制电流控制 HRV2,3(*1)+实现高速高精度控制如下调整伺服功能实现高速高精度控制如下调整伺服功能(*1)设设定定 HRV 电电流控制流控制(HRV2 或或 HRV3)(*2,*3)调调整消除机械共振整消除机械共振滤滤波器并波器并设设定速度定速度环环路增益路增益(*4)前馈调整前馈调整(*5)位置增益调整位置增益调整伺服控制中的伺服调整项目伺服控制中的伺服调整项目伺服控制伺服控制(*1)设设定定 HRV 电电流控制流控制(HRV2 或或 HRV3)通通过选择过选择 HRV2 标标准准电电机参数机参数电电流流环环控制周期控制周期缩缩短到短到125 s(对对于于 a ais,a ai 和和 b bis 伺服伺服电电机机,使用使用90B0系列伺服系列伺服软软件支持件支持HRV2标标准准电电机参数机参数).对对于于HRV2的加的加强强功能功能,通通过过提高提高电电流流环环的高速响的高速响应应,使用使用伺服伺服 HRV3 控制控制可以得到更高的速度可以得到更高的速度环环增益增益.电电流流环环的高速响的高速响应应是伺服系是伺服系统总统总体体执执行性能提高的基行性能提高的基础础伺服伺服调调整整过过程概述程概述速度环增益低速度环增益低速度环增益高速度环增益高(*2),(*3)消除机械共振消除机械共振滤滤波器波器调调整整 和速度和速度环环增益增益设设定定一些机床在特定的一些机床在特定的频频率有很率有很强强的机械共振的机械共振.消除机械共振消除机械共振滤滤波器波器 的的HRV滤滤波器除去振波器除去振动动有效有效.伺服指伺服指导导的的调调整整导导航器功能用于航器功能用于调调整整 HRV 滤滤波器波器.也可以使用也可以使用调调整整导导航器功能航器功能设设定更高的速度定更高的速度环环增益全面提高伺服的增益全面提高伺服的执执行性能行性能.调调整整导导航器航器 调调整整导导航器按照一步一步的航器按照一步一步的调调整步整步骤骤提提示示进进行行调调整整.下列下列项项目有效目有效.-自自动调动调整整 设设定速度增益定速度增益-自自动调动调整整 设设定定HRV 滤滤波器波器-支持支持设设定定 高速高精度控制功能高速高精度控制功能.伺服伺服调调整整过过程概述程概述(*4)前馈调整前馈调整 通通过过 提前提前预读预读前前馈馈,伺服延伺服延迟迟被消除并且被消除并且图图形形误误差减小了差减小了通常使用通常使用97%到到100%的前的前馈馈系数系数伺服伺服调调整整过过程概述程概述 前馈前馈0%前馈前馈 100%(*5)位置增益调整位置增益调整通通过过使用高速速度使用高速速度环环响响应应可以可以设设定高的位置增益定高的位置增益.设设定高的位置增益也可以用于减小定高的位置增益也可以用于减小误误差差.推荐推荐设设定定值值大于大于 50/sec,只要能保只要能保证稳证稳定性定性.考考虑虑快速快速进给进给的的稳稳定性决定位置增益的限制定性决定位置增益的限制值值.伺服伺服调调整整过过程概述程概述伺服伺服调调整整过过程概述程概述调整前调整前调整后调整后下列下列图图形表示伺服形表示伺服调调整后的整后的结结果果.四象限凸起完全被抑制四象限凸起完全被抑制.路径路径变变得更平滑得更平滑.举例举例较小的较小的 路径误差路径误差象限凸起被抑制象限凸起被抑制伺服调整过程伺服调整过程详述详述初始化伺服参数初始化伺服参数(1)调调整初始化参数整初始化参数时时,请请从从(1)到到(4)初始化伺服参数初始化伺服参数.灰灰颜颜色数据需要根据具体机床色数据需要根据具体机床调调整整.注注 1.电机代码从电机代码从 251 到到 350 应用于应用于 HRV2 参数参数初始化伺服参数初始化伺服参数设设定定(2)FAD 有效使位置指令更平滑有效使位置指令更平滑.如果使用如果使用 AICC,HPCC 和和 AI-NanoCC,FAD不使用不使用.为为了减小位置指令的加速度了减小位置指令的加速度CNC 侧侧使用插使用插补补后加后加/减速是必要的减速是必要的.设设定高速度增益和位置增益可以有效减小象限凸起定高速度增益和位置增益可以有效减小象限凸起.但是但是设设定高增益是有定高增益是有一些限制的一些限制的.反向反向间间隙加速是减小象限凸起的功能隙加速是减小象限凸起的功能 通通过过将将 加速指令加速指令 加到速度指加到速度指令当坐令当坐标轴标轴反向反向时时.两段反向两段反向间间隙加速能隙加速能够处够处理可理可变变的速度的速度.初始化伺服参数初始化伺服参数设设定定(3)初始化伺服参数初始化伺服参数设设定定(4)更更详细详细内容内容,请请参照参照 高速和高精度运行相关的参数高速和高精度运行相关的参数说说明明,FANUC 交流伺服交流伺服电电机机 a ais/a ai/b bis 系列参数系列参数说说明明书书附附录录(B-65270).在在说说明明书书中中,初始化初始化设设定参数定参数对对小型小型,中型和大型机床的功能分中型和大型机床的功能分别进别进行行描述描述.速度增益和速度增益和 HRV 滤滤波器波器调调整整(1)调调整整导导航器航器可以容易地可以容易地调调整速度增益整速度增益.调调整整导导航器航器从从测测量量频频率响率响应结应结果可以看到速度果可以看到速度环环路路的增益裕度的增益裕度.调调整整导导航器航器建建议议出推荐的速度增益出推荐的速度增益.增益裕度增益裕度推荐增益推荐增益速度增益和速度增益和HRV滤滤波器波器调调整整(2)调调整整导导航器提高增益后航器提高增益后,再再测频测频率响率响应应特性曲特性曲线线.我我们们推荐通推荐通过过坐坐标轴标轴的直的直线线移移动检测动检测增益增益设设定的正确性定的正确性.如果如果观观察到有一些振察到有一些振动动,请请将速度增益减小一点将速度增益减小一点.电机速度电机速度转矩转矩指令指令降低增益降低增益电机速度电机速度转矩转矩指令指令速度增益和速度增益和HRV 滤滤波器波器调调整整(3)通通过过使用使用调调整整导导航器可以容易地航器可以容易地调调整整 HRV 滤滤波器波器.调调整整导导航器航器检测检测响响应频应频率率.调调整整导导航器建航器建议议出推荐的出推荐的HRV滤滤波器参数波器参数.推荐的滤波器参数推荐的滤波器参数速度增益和速度增益和HRV滤滤波器波器调调整整(4)设设定定滤滤波器后波器后调调整整导导航器可以看到航器可以看到频频率响率响应应特性曲特性曲线线.如果你想修改如果你想修改,你能你能细细微地微地调调整整滤滤波器波器.我我们们推荐通推荐通过过坐坐标轴标轴的直的直线线移移动检测滤动检测滤波器波器设设定的正确性定的正确性.如果如果观观察到有一些振察到有一些振动动,请请稍修改一下稍修改一下滤滤波器参数波器参数.电机速度电机速度转矩转矩指令指令修改修改中心频率中心频率改变增益的效果和滤波器调整举例改变增益的效果和滤波器调整举例位置前馈系数位置前馈系数 100%速度增益速度增益 300%位置前馈系数位置前馈系数 100%速度增益速度增益 650%速度环高速循环处理功能速度环高速循环处理功能 (2017#7=1)ON10 m/div速度增益和速度增益和HRV滤滤波器波器调调整整(5)10 m/div前馈功能结构图前馈功能结构图前前馈调馈调整整(1)前前馈 从从CNC发出的位置指令出的位置指令转换成速成速度指令度指令补偿.这个个补偿减小了主要减小了主要由位置由位置环延延迟产生的位置生的位置误差和差和轮廓廓误差差.速度前速度前馈速速度度指指令令的的变化化率率(加加速速度度)转换成成 转矩矩指指令令补偿.这个个补偿减减小小了了主主要要由由速速度度环延延迟产生生的的位位置置误差差和和轮廓廓误差差.-+a asKp速度环速度环位置指令位置指令速度速度 前馈前馈+位置反馈位置反馈前前馈馈系数系数 0%前前馈馈系数系数 100%半半径径误误差差差差不不多多是是 250 m半半径径误误差差几几乎乎是是 0 m(位置位置)前馈调整前馈调整通通过设过设定位置前定位置前馈馈系数系数值值接近于接近于 100%,路径路径误误差被差被彻彻底减小底减小.前前馈调馈调整整(2)(位置位置)前馈调整前馈调整前前馈调馈调整整(2)插插补补后后时间时间常数常数=24ms前前馈馈系数系数 100%时间调时间调整系数整系数=0插插补补后后时间时间常数常数=24ms前前馈馈系数系数 100%时间调时间调整系数整系数=-3072通通过过使用使用“时间调时间调整系数整系数”能能够补偿够补偿由由“插插补补后后时间时间常数常数”导导致致的半径减小的半径减小.如果路径如果路径误误差有必要达到一定的限制差有必要达到一定的限制值时值时,请请提供使用提供使用这这个特性个特性.速度前馈调整速度前馈调整当各个轴的加速度变化得快时当各个轴的加速度变化得快时,由于速度环延迟引起的位置误差由于速度环延迟引起的位置误差就出现了就出现了.速度前馈速度前馈(VFF)补偿这个延迟补偿这个延迟.这个程序这个程序带带1/4 圆弧的方形圆弧的方形 用于调整用于调整 VFF的设定值的设定值.通过图形窗口的通过图形窗口的轮廓方式轮廓方式观察路径误差观察路径误差,你能够容易地调整你能够容易地调整 VFF 系数系数.请通过调整速度前馈减小凸起请通过调整速度前馈减小凸起.XY由由Y轴轴延延迟迟导导致致的位置误差的位置误差由由X轴轴延延迟迟导导致致的位置误差的位置误差XY没有速度前没有速度前馈馈使用速度前使用速度前馈馈前前馈调馈调整整(3)圆弧半径减速圆弧半径减速根据加速度根据加速度调调整整进给进给率控制率控制(1)在这个点在这个点从直线到圆弧从直线到圆弧 或或 从圆弧到直线从圆弧到直线各个轴的加速度快各个轴的加速度快速变化速变化.在这些点的路径误差变大在这些点的路径误差变大.圆弧半径减速功能圆弧半径减速功能减小了拐角时的切线方向的速度和在上面减小了拐角时的切线方向的速度和在上面2点点加速度的变化加速度的变化.ABCD直线部分直线部分:F4000圆弧部分圆弧部分:F3000切线速度切线速度ABCDX XY Y测试程序测试程序圆弧圆弧-直线直线直线直线-圆弧圆弧圆弧最大速度是圆弧最大速度是F3000圆弧最大速度是圆弧最大速度是 F2200半径半径圆弧最大速度圆弧最大速度请调整请调整 圆弧半径减速圆弧半径减速 满足机床要求的精度满足机床要求的精度.由于由于 圆弧半径减速圆弧半径减速 的值的值,在在根据加速度减根据加速度减速速 设定的设定的允许加速度限制允许加速度限制值被决定值被决定 (半径的加速度半径的加速度=F2/R).计算最大加速度计算最大加速度根据加速度根据加速度调调整整进给进给率控制率控制(2)圆弧半径减速圆弧半径减速AI 高精度控制和高精度控制和AI 纳米高精度轮廓控制有相似的功能纳米高精度轮廓控制有相似的功能“根据加速度减速根据加速度减速”.它根据减小速度指令钳制加速度它根据减小速度指令钳制加速度.在小的在小的G01线段系列里减速运算有效线段系列里减速运算有效.“根据加速度减速根据加速度减速”由到最大进给率的时间常数确定由到最大进给率的时间常数确定.速度速度时间时间最大最大进给率进给率时间常数时间常数这个斜率这个斜率表示允许表示允许加速度加速度当你设定了这一栏中的加速度值当你设定了这一栏中的加速度值时时,伺服指导自动地确定了适当的伺服指导自动地确定了适当的时间常数时间常数.根据加速度减速根据加速度减速 根据加速度根据加速度调调整整进给进给率控制率控制(3)容许加速度注释容许加速度注释在在“圆弧半径减速圆弧半径减速”和和“根据加速度减速根据加速度减速”中中,请设定相同的最大加速度请设定相同的最大加速度.由圆弧钳制值我们也能够确定插补前时间常数值由圆弧钳制值我们也能够确定插补前时间常数值.通常通常插补前时间常数插补前时间常数 =圆弧钳制值圆弧钳制值 X 3.0根据加速度根据加速度调调整整进给进给率控制率控制(4)通过仅仅设定插补前时间常数通过仅仅设定插补前时间常数,坐标轴在方形的拐角处不减速坐标轴在方形的拐角处不减速.在这点使用在这点使用 拐角减速拐角减速 是必要的是必要的.ABC直线部分直线部分:F10000拐角部分拐角部分:F500切线速度切线速度根据速度差根据速度差调调整整进给进给率控制率控制(1)ABCDX XY Y测试程序测试程序拐角速度是拐角速度是 F500 拐角速度是拐角速度是 F200请调整请调整 拐角减速拐角减速 满足机床加工精度要求满足机床加工精度要求.根据速度差根据速度差调调整整进给进给率控制率控制(2)高速高精度高速高精度伺服伺服 HRV3 控制控制伺服伺服HRV控制控制 伺服伺服HRV 控制控制实现实现 高速高精度高速高精度带带高精度高精度电电流流检测检测器器 的伺服放大器的伺服放大器带带16,000,000/rev的超高的超高 分辨率脉冲分辨率脉冲编码编码器器 带带超平滑超平滑 旋旋转转的的电电机机路径误差路径误差 2 mR100mm F30m/min1 m/div高速高精度伺服系高速高精度伺服系统统高速高精度伺服系统技术高速高精度伺服系统技术纳纳米控制米控制 超平滑进给和超平滑进给和高速频率响应高速频率响应通通过过高速高速CPU和和 a ai 伺服放大器的高精度伺服放大器的高精度电电流流检测检测器器实现实现高速响高速响应应和高精度和高精度HRV电电流控制流控制通通过过高速响高速响应应和高分辨能力的和高分辨能力的a ai 脉冲脉冲编码编码器器实现实现高的速度增益控制高的速度增益控制HRV滤滤波器消除从高波器消除从高频频到低到低频频的机械共振的机械共振 通通过过与与a ai 和和 a ais 伺服伺服电电机的很平滑机的很平滑进给结进给结合完成高速和高精度控制合完成高速和高精度控制HRV 电电流流 控控制制高速响应和高分辨精度反馈高速响应和高分辨精度反馈位置位置 控控制制伺服伺服 HRV 控制控制纳米纳米插补插补CNC纳米纳米 CNC 系统系统高精度电流反馈高精度电流反馈伺服伺服放大器放大器HRV 滤滤波器波器a ai 伺服电机伺服电机高的高的速度增益速度增益 控制控制伺服伺服 HRV3 控制控制特性特性 SERVO HRV3 Control伺服伺服 HRV3 控制控制增增强强的的HRV滤滤波器波器小的相位小的相位变变化化宽宽的和柔和的的和柔和的常常规规的的HRV滤滤波器波器复数的复数的单单一的一的 增益增益相位相位HRV滤滤波器抑制由于波器抑制由于设设定高的速度增益定高的速度增益产产生机械共振生机械共振导导致的振致的振动动多个多个(最多最多 4个个)机械共振抑制机械共振抑制根据机床的特性根据机床的特性,滤滤波器波器宽宽度和深度自由地度和深度自由地设设定定增增强强的的 HRV 滤滤波器波器(1/2)SERVO HRV3 Control伺服伺服HRV3控制控制自自动实时动实时跟踪随意移跟踪随意移动动的机械共振的机械共振适适应应依靠位置依靠位置,运行中的状运行中的状态态和机械特性不同情况下的响和机械特性不同情况下的响应频应频率率变变化化.跟踪前跟踪前共振共振:250Hz滤波器滤波器:210HzTCMDF10/min振动振动减小减小滤波器频率滤波器频率HRV滤波器滤波器固定固定210Hz 变变化后的化后的 实际实际响响应应210210250HzHz振动振动 继续继续跟踪后跟踪后总是固定的总是固定的增增强强的的 HRV 滤滤波器波器(2/2)SERVO HRV3 Control伺服伺服 HRV 3误误差差4 m 立式加工中心立式加工中心 (半半闭环闭环)圆弧切削圆弧切削(XY R100mm,F10m/min)误误差差1.5 m 伺服伺服 HRV2 速度增益速度增益 300%位置增益位置增益 70/Sec速度增益速度增益 700%位置增益位置增益 120/Sec效果效果2较光滑的路径较光滑的路径效果效果 1较小的路径误差较小的路径误差伺服伺服 HRV3 控制控制应应用用举举例例(1)路径误差路径误差4 mR100mm F1m/mina a 放大器放大器 低速时平滑性更好低速时平滑性更好 a ai 放大器放大器路径误差路径误差2 m伺服伺服 HRV3 控制控制得益于得益于 a ai 放大器精确的放大器精确的电电流流检测检测,低速低速时进给时进给的平滑性更好的平滑性更好a ai 放大器放大器SERVO HRV3 Control伺服伺服 HRV3 控制控制10 m圆弧切削圆弧切削(XY R26mm,F2m/min)2 m/div方形切削方形切削使用使用10 m 步幅步幅(F2m/min)HRV3速度增益速度增益 1330%位置增益位置增益 50/Sec应应用用举举例例(2)立式加工中心立式加工中心 (全全闭环闭环)SERVO HRV3 Control伺服伺服 HRV3 控制控制2 m/div轮轮廓廓误误差差10 m/divHRV3速度增益速度增益 9000%位置增益位置增益 150/Sec10 m应应用用举举例例(3)立式加工中心立式加工中心 (直直线电线电机机)圆弧切削圆弧切削(XY R25mm,F2m/min)方形切削方形切削使用使用10 m步幅步幅(F2m/min)方形切削方形切削带带1/4圆弧圆弧(F2m/min)SERVO HRV3 Control伺服伺服 HRV3 控制控制切削形状切削形状(S8000 F0.006mm/min)1 mHRV3速度增益速度增益 5000%位置增益位置增益 300/Sec2 m#1#2#3#1#2#3没有过冲没有过冲应应用用举举例例(4)小型小型车车床床(直直线电线电机机)