发那科系统的伺服调整

发那科数控系统的伺服调整

发那科数控系统的伺服调整非常重要，通过对伺服系统的调整可以使伺服驱动系统(伺服放大器及伺服电机)工作在最佳状态。但在很多的教材或资料中，大多只谈及数控系统的伺服初始化问题，对于伺服调整大多语焉不详。其实伺服调整更重要。本篇拟用通俗易懂的语言对伺服调整中的重点问题作一下讲解，希望能对大家有所帮助。

所谓伺服，来自英文servo的直译，可简单地理解为驱动。所谓伺服调整，即通过调整与伺服系统相关的参数，使伺服放大器和伺服电机达到最佳工作状态，亦可称为伺服优化。伺服参数的设定分为固定值和可变值两类。在做伺服参数初始化时，固定值的参数便可以确定，可变值的参数要在伺服调整时确定。

数控系统的伺服控制大多采用三环控制，分别是位置环、速度环、电流环。

位置环的作用：接收数控单元（NC）的移动指令脉冲（Mcmd）与位置反馈脉冲比较运算，准确控制机床定位。

速度环的作用：接收位置环传入的速度指令(Vcmd), 进行加减

控制，抑制振荡。

电流环的作用：通过转矩指令(Tcmd)，并根据实际负载的电流反

馈状态对放大器实施脉宽调制（PWM），输出扭矩随负载扭矩

的变化而作出相应变化。输出扭矩随负载扭矩的变大而变大，随负载扭矩的变小而变小。

讲述了三环原理后，我们应记住这样一个结论：速度环和粗糙度有关，位置环和轮廓形状有关。也有人习惯称粗糙度为光洁度。也就是说如果调试或加工过程中出现粗糙度不良问题时，若从伺服控制的角度来调整，则应对速度环的参数进行调整。如果出现轮廓形状误差变大，应重点调整位置环。

在速度环中最关键的参数为负载惯量比。负载惯量比在发那科0系统中对应的参数是8X21，18i 16i 0i系统中对应的参数是2021。在伺服调整画面中，负载惯量比是以速度增益（VELOC GAIN）形式出现的。

速度环的增益与负载惯量比的关系如下

设定值=（负载惯量比+256）×100/256

无负载时，负载惯量比为0，所以速度增益为100。

负载与电机惯量相同时，负载惯量设为256，这种状态称为

惯量匹配，此时速度增益为200。

速度增益是一个非常重要的参数，值应该尽量高一些，一般设为200。通过增大速度增益，可以提高伺服刚性和伺服响应性，解决振动和粗糙度不良等问题，但是值设得太大会引起振动。

位置环和轮廓形状精度有关，在实际中通过加工一个圆来修正

形状轮廓误差。伺服调整软件Servo Guide通过测圆来修正形状轮廓误差。在位置环中调整形状轮廓误差时，涉及到对前馈、伺服增益、加减速时间常数、背隙（反向间隙）加速功能的调整。

㈠前馈的调整从数控系统发出指令到伺服系统驱动电机运动，在这个过程中会有一个滞后。伺服系统的滞后产生形状误差，圆弧切削时的实际机械位置与程序指令存在差异。前馈的功能就是减小形状误差。通俗地讲是让电机先于指令动起来，让电机有一个提前运动量，以克服伺服系统的滞后。

前馈功能有效：

发那科0系统中对应参数8X05#1(第一位)设为1

16i 18i 0i系统中对应参数2005#1（第一位）设为1 前馈的调整主要是调整前馈参数（FALPH）:

发那科0系统中前馈系数对应的参数是8X68， 16i 18i 0i

系统中对应的参数是2068,取值的范围9000-10000。AIAPC、

AICC加工中对应参数2092。每次调整值以200递增。

㈡各轴插补后切削进给的加减速时间常数的调整如果值取的小，轴启动时加速度会出现急剧变化，容易出现冲击。取值范围一般从24开始设定，单位是ms，每次以8个单位递加，如32 ，40等。普通加工情况下，发那科0系统中调整参数0635，在16i 18i 0i 系统中调整参数1622，16i 18i 0i系统的AICC AIAPC中调整参数1768。

㈢各轴的伺服环增益的调整在伺服调整画面中显示为LOOP

GAIN，单位为0.01s﹣1（秒分之一），其本质是响应时间。如果值为3000，换算成时间是3000×0.01s-1=30s-1

1/30s﹣1＝0.033s=33ms

取值范围3000-5000。环路增益越大，则位置控制的响应越快，形状误差变小。但如果太大，系统将不稳定，产生振动。发那科0系统中对应参数为517，16i 18i 0i参数为1825，此参数非常重要。

㈣反向间隙加速功能的调整在机械系统中，如果反向间隙及摩擦很大，就会造成电机反向时产生滞后，在圆弧切削时产生象限突起，即加工圆时在0°、90°、180°、270°四处产生突起。

相关参数如下：

①反向间隙加速功能有效：

发那科0系统参数8X03的#3（第3位）设为1

系统16i 18i 0i参数2003的 #3（第3位）设为1

②反向间隙加速量：

发那科0系统参数8X48 系统16i 18i 0i参数2048

设定值范围50-400，一般设为100

③反向间隙加速时间：

发那科0系统8X71 系统16i 18i 0i系统参数2071

一般设为20

在伺服调整中，除了上述对形状轮廓误差的调整外，另一个重要的应用是对机械振动的抑制。这要根据系统是全闭环还是半闭环而分别处理。简言之，半闭环是指位置检测信号来自伺服电机的编

码器，而全闭环的位置检测信号是来自光栅尺或磁尺。

㈠系统半闭环时振动的抑制方法

①第一种方法是调整250μs加速度功能加速度反馈功

能是用软件对电动机的速度反馈信号微分而得到加速度，再将该值乘以加速度反馈增益（增益即放大倍数）以补偿转矩指令的功能，用它来抑制速度环的振荡。其实是将机械负载作一个估算，将估算值加到反馈中。适用如下情况：

1电动机与机械负载弹性连接

2机械惯量比电动机惯量大

250µm加速度反馈增益对应参数

发那科0系统对应参数8X66 16i 18i 0i对应参数为2066。

设定值﹣1至﹣20，参数值为负值。

②第二种方法使用HRV滤波器使用HRV滤波器可以抑制某

种频域的振动，现在基本都采用这种方法。发那科αi系列伺服控制器采用HRV1-HRV4高响应矢量控制技术，提高了伺服控制的刚性和跟踪精度，适合高精度轮廓加工。HRV对应的英文High Response Vector，译作高响应矢量，目的是对交流电机矢量控制从硬件和软件方面进行优化，以实现机床加工的高速和高精度， HRV1 HRV2 HRV3 HRV4电流环响应速度依次越来越快。

HRV滤波器中涉及带宽、阻尼值、中心频率三个相关参数。

中心频率是指产生振动时的频率的中心部分，对应发那科16i 18i 0i对应参数2113，0系统没有对应参数。带宽是指振动时