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驱动优化指南

驱动优化指南

191211333.doc

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一?驱动优化的必要性：

数控系统的主要功能是把编制的 NC程序转变成相应的轴的机械位移，在轴位移的过程中，好的动

态特性和稳定性是驱动稳定高效运行的关键。特别在模具的高速加工中，要求系统有良好的动态和静态特性。一般在机床调试时系统会给定一组相应轴的默认参数，但这些参数一般是为了保证系统正常运行的比较保守参数，驱动优化的目的是在现有的基础上尽可能提高系统的动态性。

?驱动轴的结构:

机床的结构如下图

EncoderTableW//NuBallscrew■

Encoder

Table

W//

Nu

Ballscrew

■

V

?Position

根据上图的机械结构可以看岀来，实际的机床运动链是电机根据系统的运动指令位移相应的角度，电机的旋转运动经过连轴节转递到丝杠，丝杠又通过和工作台连接在一起的丝母把旋转运动转变成工作台的直线运动。下图是轴的给定值和实际值的曲线图，从图可以看岀来，给定值和实际值之间有一个差值，这个差值是因为系统的惯性和连接元件中的弹性变形引起的，这个差值就是系统的动态误差的主要组成部分。

影响系统的动态特性主要有以下几个方面：

直线移动部分的质量，比如工作台和工件的大小。

旋转移动部分的惯性。

摩擦力，主要有工作台导轨之间，丝杠和丝母之间的摩擦力。

这些东西在机床设计以后就定下来了，所以大型机床的动态特性很难和中小型的机床比，同时机床的润滑情况也会影像系统的动态特性。

除了这些外，连接元件中的弹性变形也是影响系统动态性能的关键因素 ，比如连轴节等，一般说

来，系统的刚性越好，系统的动态特性就越好，所以在优化之前先 尽量在机械方面提高系统的刚性，比

如检查去联轴节的连接，丝杠的间隙等。下面是机床结构的简化图。

x-1motorx-

x-

1motor

Table(load)1]Simplify10n0Mot〔table“

Table(load)

1

]Simplify

10n

0

Mot

从图上可以看出，电机的输出传递到工作台也就是负载上时要经过中间一些传递环节，对应传递环节的输出和输入比就是传递函数。从理论上讲，一个理想的驱动传递函数是一个纯线性环节，只有这样，输出的会真实的跟随输入，但实际上在传递环节中存在好多的弹性环节，所以一个近似的传递环节可以简化为一个线性环节和一个弹性环节的组合 ，并且弹性环节部分的频率常常是好多的频率组合起来的

这样在传递环节的输岀部分，有的输入会被压抑，从而降低系统的动态特性，而 有的输入则会被放大

也就是俗称的“共振”。这些共振是造成机床不稳定的致命因素 ，而驱动优化的大部分工作就是找岀这

些共振点，通过加电子滤波器的方法来抑制这些共振，增加系统的稳定性 ，这样就可以提高系统的增益

来提高系统的动态特性。

三?驱动优化的原理：

驱动轴是由电流环，速度环和位置环组成，一般来说位置环是一个简单的比例调节器，因而调节起来比较简单，速度环和电流环是由比例积分调节器组成 ，是驱动的核心部分，因而速度环又是驱动优化的

调整重点。驱动优化的关键是提高速度环的动态特性 ，而提高动态特性的关键又在于提高速度环比例环

节的增益，降低积分环节的时间常数 。如前所述，找岀驱动部分的共振频率是提高系统动态特性的首要

条件，但怎样找出这些频率来呢？怎样评价驱动环节的动态特性呢？如下图:

x- x-

Imotor* ltable

Noisesignalwith

WidefrequencyareaAnswertothenoisesignal

Noisesignalwith

Widefrequencyarea

Answertothenoisesignal

NumericalControlSinumerik802Dsl

Transferfunction=

Transferfunction=frequencyresponse=

Answertothenokesignal

noisesignal

让电机端输出一个涵盖很宽频率的噪音信号 ，再检查输出端的应答信号，根据它们的关系绘制一个

输入和输岀的关系图。为了计算方便一般用波特图的方式来表示。图的 上半部分是表示输岀和输入的幅

值的比，下半部分是输出和输入信号的相位差 。理想的情况是输出的幅值等于输入信号的幅值，并且没

有相位差，但实际中的图形都会有偏差，下面是一个实际的波特图。

Graphics^Tr_3:X1-atii￡Tr.3:PhaseresponseGraphicalTr.1:X1-axisTrr1:AmpMudoretfiwise180