伺服控制中的震动问题

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1、伺服控制中的震动问题直流伺服电机的速度和位置控制原理是什么？运动伺服一般都是三环控制系统，从内到外依次是电流环、速度环和位置环。1、首先电流环:电流环的输入是速度环PID调节后的输出，我们称为“电流环 给定”，然后就是电流环的这个给定和“电流环的反馈”值进行比较，两者的 差值在电流环内做PID调节，然后输出给电机，“电流环的输出”就是电机的 每相的相电流。“电流环的反馈”不是编码器的反馈，而是在驱动器内部安装 在每相的霍尔元件（磁场感应变为电流电压信号）反馈给电流环的。2、速度环：速度环的输入就是位置环PID调节后的输出或者位置设定的前馈值, 我们称为“速度设定”，这个“速度设定”和“速度环反

2、馈”值进行比较，两 者的差值在速度环做PID调节（主要是比例增益和积分处理）后的输出就是上 面讲到的“电流环的给定”。速度环的反馈来自于编码器的反馈值再经过“速 度运算器”得到的。3、位置环：位置环的输入就是外部的脉冲（通常情况下, 直接写数据到驱动器地址的伺服例外），外部的脉冲经过平滑滤波处理和电子齿 轮计算后作为“位置环的设定”，设定和来自编码器反馈的脉冲信号经过偏差 辻数器计算，算出的数值再经过位置环的PID调节（比例增益调节，无积分微 分环节）后输出，该输出和位置给定的前馈信号的合值就构成了上面讲的速度 环的给定。位置环的反馈也来自于编码器。编码器安装于伺服电机尾部，它和电流环没有任何

3、联系，它采样来自于电机的 转动而不是电机电流，和电流环的输入、输出、反馈都没有任何联系。而电流 环是在驱动器内部形成的，即使没有电机，只要在每相上安装模拟负载（例如 电灯泡）电流环就能形成反馈工作。PID各自对差值调节对系统的影响：1、单独的P （比例）就是将差值进行成比例的运算，它的显著特点就是有差调 节。有差的含义就是调节过程结束后，被调量不可能与设定值准确相等，它们 之间一定有残差加比例将会有效的减小残差并增加系统响应，但容易导致 系统激烈震荡甚至不稳定。电机伺服系统离不开对转子位置（或磁场）的检测和初始定位。只有检测到初 始转子实际位置后，控制系统才能正常工作。如果不能精确计算出初始转

4、子的 位置，电机的起动转矩减弱，出现很大震动，且电机有暂时反向旋转的可能。 准确可靠的转子初始位置检测装置（如旋转编码器）是伺服系统正常启动的必 要条件。系统第一次上电时，若检测到起动命令，首先检测U、V、W的电平状态，判断 转子位于哪一区间，查表可获得转子磁极的位置，根据U，V，W相的电平高低 的组合就可知道转子的区间范围。060 60 -120120 180180 240 240 -320 320 360U 1 1 1 0 0 0V 0 0 1 1 1 0W 1 0 0 0 1 1可以利用定时器/计数器配合光电编码器的输出脉冲信号来测量电机的转速。具 体的测速方法有M法、T法和M/T法3种

5、。M/T法的计数值M1和M2,都随着转速的变化而变化，高速时，相当于M法测速, 低速时，M2=1,自动进入T法测速，因此M/T法的适用范围大于前两种，是目 前应用广泛的一种测速方法。工作中，在固定的T时间内对光电编码器的脉冲 计数，在第一个光电编码器上升沿定时器开始定时，同时开始记录光电编码器 和时钟脉冲数，定时器定时T时间到，对光电编码器的脉冲停止计数，而在下 一个光电编码器的上升沿到来时刻，时钟脉冲才停止记录。采用 M/T法既具有M法测速的高速优点，又具有T法测速的低速的优点。伺服电机中的刚度参数和速度环闭环？怎么互相影响的，本质关系是什么？ 对于多数伺服而言，刚度往往是多个闭环参数配合电

6、机/系统特性的综合作用结 果，与闭环增益、内部指令滤波时间常数等有着直接联系。也有些伺服系统将刚度抽象出来，作为系统调整的目标参数，比如kollmogen 的某些伺服型号，既有传统的PID参数设置模式，也有刚度、频响等设置模式。 它是一个自动调整后系统自动提供出的一个值，但人为也可以改动。关键是它自动调整后，它会提供一个速度闭环的带宽。另，既然刚度是自动调整后系统自动提供出的一个值，人为也可以改动，那么 该厂家的伺服算法模型应该不是传统的PID,至少也是经过转化的，否则没有直 接的可供用户改动的刚度参数。Parker Compax3控制器就釆用了刚度、阻尼作为调整量，其中刚度、阻尼的具 体公式

7、与P、I甚至负载惯量比、电机常数有关。之所以这样让客户直接调整刚 度、阻尼，估计是基于其物理意义比P、I、D明确的因素。伺服电机的大惯量、中惯量、小惯量是什么意思？伺服电机的大惯量、中惯量、小惯量就是惯性的大、中、小，各有各的用途， 小惯量的高速往复性好，大惯量的本身惯量大，机床上用好点。伺服电机需要惯量匹配，日系列10倍与电机惯量左右（不同品牌有差异），欧系 的20左右。一般来说欧系的惯量都小，因为他们电机做的是细长的。我选的一款伺服电机的功率，扭矩，惯量都比额定负载的大1倍多左右，这时 用PLC来控制伺服实现定位控制，对定位精度，响应速度有什么影响？可以用，就是有点浪费，但是如果负载惯量比

8、电机惯量大的话则不能大太多， 根据系统大小区别对待。伺服的惯量大于负载的，当然没有什么问题，这样定位精度才高，响应才快。伺服电机的刚性有什么作用？伺服电机刚性过大，刚性不足，惯量过大，惯量 不足，具体表现是怎样的？还有就是位置回路增益，速度回路增益，速度回路 积分常数是什么意思？分别对刚性调节起什么作用？机械学上一般叫刚度，而非刚性，是指单位形变下所能承载的力。刚度好，意 即以某精度动作时，负荷能力大并且同样稳定。也可以理解为伺服电机抵抗（克 服）负载惯性的能力，刚性越高负载越稳定，但是这和负载与电机之间的连接 方式有关。刚性类似于调大增益，调大可以增快响应，但伺服里边设置的速度 环积分又是可

9、以单独调整的，和刚性没有直接关联。伺服刚性应与设备整体刚 度相匹配。比如工作台上没有加工件，此时伺服的加速阶跃响应曲线上升沿很陡；当加上 满负荷后，阶跃响应曲线仍然很陡并接近空载的曲线，说明伺服的刚度调整的 很好；如果满负荷时曲线斜率变小变缓，甚至不能满足工艺要求，说明伺服刚 性差，可能是参数设置要调整，也可能是选型设计有问题。在力学中，有“刚度”和“柔度”两个物理量与他们对应，刚度是指物体发生 单位形变时所需的力的大小；柔度则指物体在单位力下所发生的形变大小；电 机刚性就是电机轴抵抗外界力矩干扰的能力，也就是通常所讲的过载能力。 伺服系统的位置环刚性分为动刚度和静刚度：静刚度指静力矩条件下，

10、负载力 与伺服系统被动产生的角位移的比值；动刚度指在指定频率的交变负载条件下， 交变负载力矩幅值与伺服系统被动产生的交变角位移幅值的比，一般动刚度低 于静刚度。刚性的调整可以在伺服控制器里进行调节，现场遇到的问题：电机负载一个垂 直方向的力，当电机停下来后电机的扭矩会一直不停的纠正，导致电机在静态 下会产生振动，后通过修改电机静态刚性后0K。伺服电机的机械刚度跟它的响应速度有关，原则上刚性越高其响应速度也越高， 但是调高了很容易产生机械共振，所以一般伺服放大器参数里都有手动调整响 应频率的选项，要根据机械的共振点来调整，一般在105HZ左右就可以了。 刚性过大的时候，会出现来回震荡，无法停下来

11、的现象。一般来说，当把刚性 参数慢慢加大的时候，会出现异响，这个时候就已经大了。其实就是轴的速度 环定位能力太强，导致它冲过头，然后自己再纠正，无法停止。一般任何移动 都会出现，甚至是外力都可以让电机震荡。刚性弱（不足或低）则相反，伺服电机响应变慢，反应迟缓滞后，丢步严重（就 是会移位），跑起来有飘的感觉，跑的不平稳，共振频率低，容易产生大的电机 震动，这是因为无力让电机停下，导致冲过头。当然这是在速度较高的情况下， 但是刚性软最终是能停下来的，就是高速停止的时候，会左右晃几次然后停下。 刚性低的话好比是将伺服电机的联轴器改成扭转弹簧然后再输出，结果就是： 伺服已经转到位了，但是由于负载作用，

12、弹簧的变形使得输出端未达到伺服转 动的角度，总是迟钝一点才来到，感觉就是明明已经给了指令它还不走，明明 指令停了还要多走一段，但是不等于定位不准，如果轴与轴参数相当恰当，不 会影响几何精度，有时可能还会高于高刚度。伺服电机刚性参数的高低取决于机床的性质以及加工工艺。机床病态情况下刚性低会出现各种破坏加工精度的情况，比如加工园成了椭圆 的，锐角变成了钝角等等。刚性低不一定是坏事。另外伺服电机刚性降低是退 磁了，维修是无法解决的。速度环是用来控制电机转速的，位置环是用来控制伺服电机的位置的，都是一 种控制算法。有关电机转子的问题：刚性转子、柔性转子以及它们各自的特点？ 根据转子动力学，从平衡的观点

13、出发，转子可分为刚性转子和（柔）挠性转子 刚性转子的定义有多种，一般来说，凡是工作转速远低于转子的一阶弯曲临界 转速的转子视为刚性转子；而把工作转速接近或超过转子的一阶弯曲临界转速 的转子视为挠性转子。通俗的说，刚性转子通常是指工作时转子的弯曲变形很 小,可以忽略不计的转子，如规定转子的变形占转子与支承总变形的10%以下的 转子称刚性转子。另一种更确切的定义为：工作转速在弯曲型临界转速（严格 说在 80%临界转速）以下的转子为刚性转子。在国际标准化协会（ISO）“平衡术语国际标准”中，从平衡的角度定义刚性转 子是：可以在一个或任意选定的两个校正平面上，以低于转子工作转速的任意 转速进行平衡校正

14、，且校正之后，在最高工作转速及低于工作转速的任意转速 和接近实际的工作条件下（即在零至工作转速整个转速范围内），其不平衡量均不明显地超过所规定的平衡要求的转子（即其不平衡量不会大大超过平衡公差）。而除此之外的转子都归为挠性转子。通常我们所说的刚性转子是指刚度相当大，转子在不平衡离心惯性力的作用下 所产生的动挠度很小，以致在转子工作和平衡的过程中可以忽略不计。挠性转 子由于在运转及平衡时将产生挠曲变形，其情况要复杂得多 饲服电机转动惯量与刚性的问题设备上用了两套富士的400W的饲服电机，现在有一台一上电就会感觉到轻微的 震动，感觉好象是没有定好位。如果用手去触摸一下，或者给电机轴一点旋转 力它就

15、会正常，不再发出那种轻微震动的声音。询问厂家技术人员，他们说是 由于把刚性设置的太高，可是降低刚性以后仍然出现这种问题。而另一套同样的电机却没有这样的问题。而且出问题的电机反而是负载比较小 的一套。而且空载的时候也出现这样的问题，感觉和刚性设置没什么关系吧？， 饲服电机的刚性和转动惯量设置对电机到底有什么影响？技术人员的回答属于“标准答案”，听到这样的现象，肯定是这样的答案。不 述 空载也出问题，有点不对劲，应该不只是刚性的问题。不能肯定是否和刚 性无关，一般来说，即使有点别的问题，把刚性降低也可以减轻这种震动的。 比如把刚性降到最小值，它应该就不会震了。另外负载小的话也可能是由于阻尼小，而阻

16、尼小当然更容易震荡。Fanuc伺服电机刚性值在那里调整？当数字伺服刚性设定不合适时，伺服系统的动态性能将变差，严重时甚至会使 系统产生振荡与超调，这时必须进行参数的调整。停止时发生振荡。伺服系统 停止时可能发生的振荡有高频振荡与低频振荡两种，对于停止时的振荡，调整 步骤：高频振荡：1降低速度环比例增益（PK2V）8*44185620442降低负载惯量比8*21187520213 使用 250AS 加速功能8*66189420664使用N脉冲抑制功能8*0318082003低频振荡：5提高负载惯量比8*21187520216降低速度环积分增益（PK1V）8*43185520437提高速度环比例增益（PK2V）8*4418562044数控铣床，打开电源和系统，伺服电机