
機床的振蕩故障通常發生在機械部分和進給伺服系統。造成振蕩的原因有很多。除了機械方面不可避免的傳動間隙、彈性變形、摩擦阻力等諸多因素外,伺服系統相關參數的影響也是一個重要方面。伺服系統分為交流伺服系統和直流伺服系統。本文主要討論直流伺服系統由于參數的影響而產生的振蕩。大多數數控機床采用全閉環方式。
伺服系統振動的原因大致有四種:a、位置環不良,輸出電壓不穩定;b、 速度環不良引起的振動;c、伺服系統可調定位器過大,電壓輸出失真;d. 螺桿間隙過大。這些控制回路輸出參數的畸變或機械傳動裝置間隙過大是引起振動的主要因素。它們都可以通過伺服控制系統進行優化。
如何消除振蕩?
1、閉環伺服系統引起的振蕩:有些數控伺服系統采用半閉環裝置,全閉環伺服系統必須在局部半閉環系統不振蕩的前提下調整參數。因此,兩者是相似的。討論全閉環情況下的參數優化方法。
2、減小位置環增益:伺服系統中有參考標準值,例如FANUC0-C系列為3000,西門子3系為1666。如果出現振蕩,可減小增益適當,但不能太多,因為要保證系統的穩定性。狀態錯誤。
3、降低負載慣量比:負載慣量比一般設置為振動發生時所示參數的70%左右。如果故障無法排除,則不建議繼續減小參數值。
4、添加比例微積分(PID):比例微積分是一個多功能控制器,不僅可以有效地對電流、電壓信號獲得比例增益,還可以調節輸出信號滯后于超前問題。振蕩故障有時是由于輸出電流和電壓滯后和超前造成的,此時可以通過PID調節輸出電流和電壓相位。
5、采用高頻抑制功能:上面討論的是低頻振蕩的參數優化方法,有時數控系統會因為機床上的一些振蕩原因,在反饋信號中產生高頻諧波,這使得輸出扭矩不恒定,導致振動。對于這種高頻振蕩,可以在速度環中加入一階低通濾波器環節,即扭矩濾波器。
速度指令和速度反饋信號由速度控制器轉換成扭矩信號。扭矩信號經過一階濾波環節,濾除高頻成分,從而得到有效的扭矩控制信號。通過調整參數,可以將機器產生的100Hz以上的頻率截斷,從而達到消除高頻振蕩的效果。綜上所述,采用雙位置反饋使得系統可以工作在全閉環和半閉環模式下,大大增加了系統的調節范圍,也增加了系統的調節參數。
從時間常數可以看出,系統在停止狀態下可以進行全閉環誤差調整,以及過渡狀態下的半閉環調節。現以FANUC0-C為例,簡單介紹一下具體的參數調整過程。首先將參數P8411#(DPFB)設置為1,即選擇雙位置反饋功能;P8499為位置反饋最大幅度,一般設置為0;P8478(分子)和P8479(分母)是中間位置轉換鏈接的常數設置。可根據需要設定;P8480是一階延時環節的參數設置代碼,其設置范圍為:10~300mS,一般設置為100mS左右;P8481是零幅度,一般為0,但由于振蕩較高,可以適當調整。雙位置反饋功能是一種更加靈活的糾錯方法。
數控系統的振蕩現象已成為數控全閉環系統的通病。當系統發生振蕩時,會導致機床出現爬行和振動故障,特別是在有立柱的水平軸和旋轉數控工作臺的軸上,系統振蕩頻率較高。這一問題已成為影響數控設備正常使用的重要因素之一。