参考文献[1] 颜嘉男. 伺服电机应用技术[M]. 第1版. 北京:科学出版社, 2010.[2] 台达. ASDA-B2伺服手册[EB/OL].[3] 陈国强, Putra A S. 工业自动化中的驱动与控制[M]. 第1版. 北京:机械工业出版社, 2016 :86-105.[4] 汇川技术. IS620F系列伺服用户手册[EB/OL].相关内容回顾伺服电机基本概念解析伺服系统组成及其控制原理伺服驱动器的接线与基本控制1概述按照设备需求选择好合适的控制模式后需要对伺服增益参数进行合理的调整使得伺服驱动器能快速、准确的驱动电机最大限度发挥机械性能。以下采用位置伺服为例说明驱动器的基本原理及各项必要的调整参数这是因为位置伺服驱动器具备完整的驱动器元件即包含位置环、速度环、电流环。伺服驱动器的设计可尽量确保电流环具备良好的反应性能电流环只与电机的绕组电阻、电感等相关而与负载无关故用户只需调整位置环、速度环的增益即可。伺服增益通过多个参数进行调整它们之间会相互影响。增益调整的一般流程为惯量辨识-自动增益调整-手动增益调整若自动增益调整不满足要求-共振抑制若手动增益调整不满足要求伺服系统的性能指标可分为稳态指标和动态指标。相关知识点可参考PID控制理论学习笔记2控制环参数伺服控制原理简图见下摘自IS620N手册其它品牌大同小异。2.1速度环参数速度环常使用PI控制器。速度比例增益KVP即速度增益单位Hz。本参数决定速度控制回路的应答性KVP 设越大速度回路响应频率越高对于速度命令的追随性越佳但是过大的设定容易引发机械共振。速度积分时间KVIKVI 越大对固定偏差消除能力越佳过大的设定容易引发机台的抖动。转矩前馈增益VFG单纯依靠PI控制器进行调节时通常不易得到非常满意的效果容易在加速结束时产生超调在起始加速时存在速度滞后。故引入转矩前馈通过合理的值整定计算需要的加速转矩叠加到PI控制器的输出以减少PI控制器的输出从而提高速度跟随特性。称作“转矩前馈”主要是因为它前馈输出的信号是加到电流环输入端的。增益和时间的问题P、I、D常以增益的方式表示数值越大其所造成的效果越大这是为方便说明并且容易标识所用的方法实际上积分I常用时间常量而非增益常量两者为反比关系因此要增加积分控制的效果必须将时间常量减少。2.2位置环参数位置环常采用P控制器。位置比例增益KPP即位置增益单位Hz。KPP 值设定越大位置回路响应频率越高对于位置命令的追随性越佳位置误差量越小定位整定时间越短但是过大的设定会造成机台产生抖动或定位会有过冲Overshoot的现象最终导致系统振荡而无法使用。Kpp值的调整实际上是介于快速与稳定性之间的取舍系统产生振荡Kpp就必须往回调整使系统进入稳定状态。调整Kpp值时需考虑下列因素1.机构是否能接受较大的超调量2.较短的上升时间并不表示能缩短稳定时间Kpp值减少时上升时间延长需要较长的时间才能到达设置点最大超调量减少但并不一定表示系统稳定时间将延长针对以上情况进行Kpp值的调整求得的最短稳定时间即为最佳值测量系统稳定时间需要适当的仪器在无适当的仪器或工具进行辅助时只能以人工进行调整及判断Kpp值是否适用。速度前馈增益PFG增加位置比例增益可能会导致超调若不增加则当前系统响应速度无法满足实际应用需求为此引入前馈控制。位置控制命令平滑变动时增益值加大可改善位置跟随误差量。若位置控制命令不平滑变动时降低增益值可降低机构的运转振动现象。通常其值默认为1即可。关于机构特性的影响影响定位效率的另一重要因素为机构特性又称阻尼特性。在结构设计通常优先考虑功能及强度因此机构特性通常很难或无法改变故只能调整Kpp值配合机构特性。机构设计不同时机构特性必定不相同即使结构相同应用不同的安装方向也会产生不同的机构特性进而产生不同的伺服系统参数。3惯量辨识一些型号的伺服合并了惯量辨识和自动增益配置。即当执行自动优化时系统将完成惯量辨识并根据设定的刚性等级输出对应的增益参数。在进行自动增益配置前必须确保获得正确的负载惯量比。在实际调试中观察到有实际速度高于指令速度的现象这说明设定的负载惯量比大于实际机械的负载惯量比伺服系统加大了对伺服电动机的驱动所以导致了伺服电动机的速度变大。当实际速度低于指令速度时说明设定的负载惯量比小于实际机械的负载惯量比伺服系统对伺服电动机的驱动不足所以导致了伺服电动机的速度变小。使用驱动器自身惯量辨识功能自动计算负载惯量比无需上位机介入即为离线惯量辨识反之称为在线惯量辨识。加减速法是一种常用的惯量辨识方法其使伺服系统以一定的加速度进行加速、减速运行同时检测伺服系统加速、减速时的转矩电流分量根据伺服系统的运动方程计算得出伺服系统转动惯量。在实际的使用中用户长按UP/DOWN使电机在一定范围内正反转当面板显示值趋于稳定该值即为辨识结果。惯量辨识适用于负载转矩比较稳定的情况否则需要改由用户手动输入。4自动增益的配置自动增益调整是指通过刚性等级选择功能伺服驱动器将自动产生一组匹配的增益参数满足快速性与稳定性需求。刚性等级相当于一个参数组包含对速度比例增益、速度积分时间、位置前馈增益等参数的调整。下图为某型号伺服的刚性等级-参数表刚性表。控制反应越迅速称为刚性较硬反之则称为刚性较软。刚性等级经验值范围0-31默认值120级~ 4级极低的刚性适合一些大型机械;5级~ 11级较低的刚性一些较大惯量场合12级~15级普通刚性适合皮带传动、齿轮传动等场合16级~20级较高的刚性一般的轨迹控制、要求快速定位的场合刚性在这个范围21级及以上极高的刚性要求更高的轨迹控制和定位场合。用户反复加减速这是一种符合实际现场的做法若条件允许可采用更标准的阶跃响应法通过观察运行效果来对刚性等级进行调整。增加刚性等级来增加响应速度或降低刚性等级来减少噪音持续调整至性能满意调机完成。关于刚性等级的选择必须由机台的刚性及应用的场合来决定一般而言高频度定位的机台或要求精密加工的机台需要设定较高的刚性等级但容易引发机台的共振因此有高响应需求的场合需要刚性较高的机台以避免机械共振。在未知机台的容许响应频率时可逐步加大刚性等级以提高响应频率直到共振音产生时再调低刚性等级。【学习笔记】伺服调试-增益调整5手动增益的配置使用自动增益调整功能足以应付大多数负载条件。调整参数时可以先使用自动参数调整功能若达不到预期效果时再根据需要手动调整参数。通常由自动模式切换为手动模式时相应的参数值也会更新成自动/半自动模式下相对应的参数值。伺服增益通过多个参数的组合进行设定它们之间互相影响需要注意整体平衡故当某值进行了较大的调整往往其它参数值也需要进行修改。对于串级控制系统必须由内向外依次调整因为位置环包含速度环用户必须先对速度环进行整定然后再整定位置环。部分伺服支持增益切换功能其内部存储多组增益若单组增益无法满足整个运行需求则可在不同运行阶段切换至不同的增益。根据《SINAMICS S200 伺服驱动系统调试及优化指南(V1.0)》对参数进行调整时建议每次按照当前值的10% 幅度进行增减。关于经验公式此处提供的经验公式引自某厂商的产品手册。不同厂商提供经验公式有所不同笔者目前无能力分辨其优劣。速度环整定速度环可以在额定速度的 10-20%下进行调试。第一步调整速度比例增益Kvp值将Kvp值渐渐加大同时观察伺服电机旋转速度是否明显忽快忽慢停止时是否产生振荡当产生以上现象时回调Kvp值使振荡消除、旋转速度稳定。如有必要经Kvi调整后可再作反复修正以达到理想值。第二步调整速度积分增益Kvi值将Kvi值渐渐加大直至积分效应产生产生以上现象时回调Kvi值使振荡消除、旋转速度稳定。建议按以下关系取值500 ≤ K v p × K v i ≤ 1000 500 ≤ Kvp×Kvi ≤ 1000500≤Kvp×Kvi≤1000经验公式第三步调整转矩前馈增益Vfg值当PI调节无法达到预期的功能时可以考虑对转矩前馈的调节。位置环整定位置环需要在工艺要求的最大速度下调试以使高速下位置环的跟随误差还能满足要求。第一步调整位置比例增益Kpp值调整方法见前文。当位置响应频率比速度响应频率高时机台会产生抖动或定位会有过冲Overshoot的现象。为保证系统稳定应保证速度环最高跟随频率是位置环最高跟随频率的3~5 倍即3 ( 2 ∗ p i ∗ K v p ) / K p p 5 3(2*pi*Kvp)/Kpp53(2∗pi∗Kvp)/Kpp5经验公式第二步调整速度前馈增益Pfg值当P调节无法达到预期的功能时可以考虑对速度前馈的调节。6共振抑制伺服系统产生振荡并不一定意味着发生了机械共振。虽然机械共振在伺服系统中可能发生但振荡也可能由其他因素引起比如参数设置不合适、控制算法不当等。若用户调整刚性后仍存在振荡则可考虑共振抑制。6.1基本概念机器振动信号可以被典型地描述为一个从1~500Hz范围内的任何地方的窄带干扰信号。机床上的振动可以视为共振。所谓共振就是机床的固有频率与振源的频率相等在机床系统中振源就是伺服电动机。当伺服电动机的运行频率与机床机械系统的固有频率相等时就发生共振。消振即消除机械共振消振的方法就是使伺服电动机的运行频率避开机床系统的固有频率。避开的方法除了降低控制回路的增益以改善共振现象就是使用各种滤波器过滤掉共振频率使伺服电动机以非共振频率工作。一些伺服驱动器提供了观测机械系统共振频率的功能可利用此功能衰减共振。当振动得到有效的抑制后可尝试继续增大伺服增益以提高伺服动态性能。6.2滤波器设计通过应用滤波器可在不改变原有控制参数情况下达到抑制共振的效果。伺服支持的滤波器通常为低通滤波器和陷波滤波器。滤波器对转矩指令进行滤波下图中被红框圈出的部分即为滤波器所在的位置图示为NTF。引用本图仅做位置示意不必关注细节。低通滤波器几乎所有的物理系统都有低通滤波器的特性因而系统输入端的高频扰动通常能被系统本身有效控制。如果噪声电平过高以至于控制器的正常滤波不充分则通常使用低通滤波器传送控制信号。低通滤波器在振动频率会偏移情况下使用高频振动时使用能有较好效果。通过设定滤波器时间常数令其在接近共振频率处衰减共振。但低通滤波器会使得系统的相位滞后带宽降低相位裕度的减小容易引起环路振荡。故只能应用于高频振动场合。陷波滤波器陷波滤波器陷波器在系统共振频率固定情况下使用可消除/抑制不想要的窄带频率。陷波器通过降低特定频率处的增益可达到抑制机械共振的目的。驱动器内通常内置多个陷波器开启一个陷波器后若出现新的共振则开启第二个陷波器。优先建议使用自适应陷波器若有则用户无需手动调参。陷波器主要如下·中心频率陷波器的工作频率即需要抑制的干扰信号的频率此处为共振频率。·宽度陷波器能够有效抑制的频率范围。·深度陷波器对干扰信号的抑制程度。如果知道共振频率那么使用陷波器可以直接将共振量消除其效果优于低通滤波器。6.3共振点分析可以使用FFT频谱对共振点进行分析。机械共振引发了电机转速和电机转矩的剧烈变化电机的输出转矩又与转矩电流呈线性关系因此通过分析电机电流即可得到系统共振信息。在出现共振现象后截取电机电流时域波形使用FFT频谱查看最高的共振点落在的频率位置即为共振频率可以使用陷波器衰减该共振频率。完成滤波器设定后可反复加减速电机若无共振音则表示性能满足。如果发现共振频率超过 2,000Hz 以上表示系统的响应频率和增益值都已经设定超过机构所能够承受的数值建议用户先降低响应频率和系统增益后再重新进行频域的 FFT 分析。评价使用FFT频谱对共振点进行分析是一种容易达成的方式伺服上位机软件普遍支持示波器功能故即使其不支持FFT频谱功能也可以将相关波形导出再在第三方软件如MATLAB中进行分析。事实上目前市面上的伺服上位机软件更多支持更加高级的机械特性分析功能也可用作共振点分析广义上使用FFT频谱进行共振点分析也属于机械特性分析的一种将在后文介绍。7机械特性分析机械特性分析基于速度环进行以不同频率的正弦信号作为输入扫频法通过研究系统的频率响应特性来分析系统的性能。使用V-ASSISTANT执行机械特性分析功能输入信号设定值滤波器前的速度设定值的频谱图见下。应用该功能可输出系统的闭环伯德Bode图。伯德图由对数幅频特性曲线和对数相频特性曲线组成。幅频特性描述的是系统对不同频率信号的放大或衰减程度。相频特性描述的是系统对不同频率信号的相位延迟情况。闭环伯德图的性能指标如下用户可以借此对系统性能进行分析。共振点分析如果有共振点在高频段增益衰减区域有尖峰尖峰处的频率就是共振频率。系统带宽分析带宽频率为闭环幅度响应达到-3 dB时的频率。伺服带宽可表示系统对输入命令位置、速度或转矩变化的响应速度。带宽越大则响应速度越快但对高频干扰的抑制能力也越弱。当有用信号频率大于带宽频率时表现为信号衰减以及滞后用户可以通过调节增益的方式来增加带宽。物理系统表现为低通特性故对伺服系统带宽频率即截止频率。系统稳定性分析可以使用稳定裕度来衡量闭环系统的稳定程度。稳定裕度分为幅值裕度和相角裕度幅值裕度是相位首次达到 -180° 时低于 0dB的振幅值相位裕度就是振幅值越过 0dB 时相位值与 -180° 的差值。对于闭环稳定的最小相位系统相角裕度指出了系统在变为不稳定之前系统的开环频率特性的相角可以再滞后γ度对于不稳定的系统相角裕度指出了为了使系统稳定系统的开环频率特性的相角应超前γ度。更新记录2023-10-26 内容更新
伺服增益参数简述及其调整
参考文献[1] 颜嘉男. 伺服电机应用技术[M]. 第1版. 北京:科学出版社, 2010.[2] 台达. ASDA-B2伺服手册[EB/OL].[3] 陈国强, Putra A S. 工业自动化中的驱动与控制[M]. 第1版. 北京:机械工业出版社, 2016 :86-105.[4] 汇川技术. IS620F系列伺服用户手册[EB/OL].相关内容回顾伺服电机基本概念解析伺服系统组成及其控制原理伺服驱动器的接线与基本控制1概述按照设备需求选择好合适的控制模式后需要对伺服增益参数进行合理的调整使得伺服驱动器能快速、准确的驱动电机最大限度发挥机械性能。以下采用位置伺服为例说明驱动器的基本原理及各项必要的调整参数这是因为位置伺服驱动器具备完整的驱动器元件即包含位置环、速度环、电流环。伺服驱动器的设计可尽量确保电流环具备良好的反应性能电流环只与电机的绕组电阻、电感等相关而与负载无关故用户只需调整位置环、速度环的增益即可。伺服增益通过多个参数进行调整它们之间会相互影响。增益调整的一般流程为惯量辨识-自动增益调整-手动增益调整若自动增益调整不满足要求-共振抑制若手动增益调整不满足要求伺服系统的性能指标可分为稳态指标和动态指标。相关知识点可参考PID控制理论学习笔记2控制环参数伺服控制原理简图见下摘自IS620N手册其它品牌大同小异。2.1速度环参数速度环常使用PI控制器。速度比例增益KVP即速度增益单位Hz。本参数决定速度控制回路的应答性KVP 设越大速度回路响应频率越高对于速度命令的追随性越佳但是过大的设定容易引发机械共振。速度积分时间KVIKVI 越大对固定偏差消除能力越佳过大的设定容易引发机台的抖动。转矩前馈增益VFG单纯依靠PI控制器进行调节时通常不易得到非常满意的效果容易在加速结束时产生超调在起始加速时存在速度滞后。故引入转矩前馈通过合理的值整定计算需要的加速转矩叠加到PI控制器的输出以减少PI控制器的输出从而提高速度跟随特性。称作“转矩前馈”主要是因为它前馈输出的信号是加到电流环输入端的。增益和时间的问题P、I、D常以增益的方式表示数值越大其所造成的效果越大这是为方便说明并且容易标识所用的方法实际上积分I常用时间常量而非增益常量两者为反比关系因此要增加积分控制的效果必须将时间常量减少。2.2位置环参数位置环常采用P控制器。位置比例增益KPP即位置增益单位Hz。KPP 值设定越大位置回路响应频率越高对于位置命令的追随性越佳位置误差量越小定位整定时间越短但是过大的设定会造成机台产生抖动或定位会有过冲Overshoot的现象最终导致系统振荡而无法使用。Kpp值的调整实际上是介于快速与稳定性之间的取舍系统产生振荡Kpp就必须往回调整使系统进入稳定状态。调整Kpp值时需考虑下列因素1.机构是否能接受较大的超调量2.较短的上升时间并不表示能缩短稳定时间Kpp值减少时上升时间延长需要较长的时间才能到达设置点最大超调量减少但并不一定表示系统稳定时间将延长针对以上情况进行Kpp值的调整求得的最短稳定时间即为最佳值测量系统稳定时间需要适当的仪器在无适当的仪器或工具进行辅助时只能以人工进行调整及判断Kpp值是否适用。速度前馈增益PFG增加位置比例增益可能会导致超调若不增加则当前系统响应速度无法满足实际应用需求为此引入前馈控制。位置控制命令平滑变动时增益值加大可改善位置跟随误差量。若位置控制命令不平滑变动时降低增益值可降低机构的运转振动现象。通常其值默认为1即可。关于机构特性的影响影响定位效率的另一重要因素为机构特性又称阻尼特性。在结构设计通常优先考虑功能及强度因此机构特性通常很难或无法改变故只能调整Kpp值配合机构特性。机构设计不同时机构特性必定不相同即使结构相同应用不同的安装方向也会产生不同的机构特性进而产生不同的伺服系统参数。3惯量辨识一些型号的伺服合并了惯量辨识和自动增益配置。即当执行自动优化时系统将完成惯量辨识并根据设定的刚性等级输出对应的增益参数。在进行自动增益配置前必须确保获得正确的负载惯量比。在实际调试中观察到有实际速度高于指令速度的现象这说明设定的负载惯量比大于实际机械的负载惯量比伺服系统加大了对伺服电动机的驱动所以导致了伺服电动机的速度变大。当实际速度低于指令速度时说明设定的负载惯量比小于实际机械的负载惯量比伺服系统对伺服电动机的驱动不足所以导致了伺服电动机的速度变小。使用驱动器自身惯量辨识功能自动计算负载惯量比无需上位机介入即为离线惯量辨识反之称为在线惯量辨识。加减速法是一种常用的惯量辨识方法其使伺服系统以一定的加速度进行加速、减速运行同时检测伺服系统加速、减速时的转矩电流分量根据伺服系统的运动方程计算得出伺服系统转动惯量。在实际的使用中用户长按UP/DOWN使电机在一定范围内正反转当面板显示值趋于稳定该值即为辨识结果。惯量辨识适用于负载转矩比较稳定的情况否则需要改由用户手动输入。4自动增益的配置自动增益调整是指通过刚性等级选择功能伺服驱动器将自动产生一组匹配的增益参数满足快速性与稳定性需求。刚性等级相当于一个参数组包含对速度比例增益、速度积分时间、位置前馈增益等参数的调整。下图为某型号伺服的刚性等级-参数表刚性表。控制反应越迅速称为刚性较硬反之则称为刚性较软。刚性等级经验值范围0-31默认值120级~ 4级极低的刚性适合一些大型机械;5级~ 11级较低的刚性一些较大惯量场合12级~15级普通刚性适合皮带传动、齿轮传动等场合16级~20级较高的刚性一般的轨迹控制、要求快速定位的场合刚性在这个范围21级及以上极高的刚性要求更高的轨迹控制和定位场合。用户反复加减速这是一种符合实际现场的做法若条件允许可采用更标准的阶跃响应法通过观察运行效果来对刚性等级进行调整。增加刚性等级来增加响应速度或降低刚性等级来减少噪音持续调整至性能满意调机完成。关于刚性等级的选择必须由机台的刚性及应用的场合来决定一般而言高频度定位的机台或要求精密加工的机台需要设定较高的刚性等级但容易引发机台的共振因此有高响应需求的场合需要刚性较高的机台以避免机械共振。在未知机台的容许响应频率时可逐步加大刚性等级以提高响应频率直到共振音产生时再调低刚性等级。【学习笔记】伺服调试-增益调整5手动增益的配置使用自动增益调整功能足以应付大多数负载条件。调整参数时可以先使用自动参数调整功能若达不到预期效果时再根据需要手动调整参数。通常由自动模式切换为手动模式时相应的参数值也会更新成自动/半自动模式下相对应的参数值。伺服增益通过多个参数的组合进行设定它们之间互相影响需要注意整体平衡故当某值进行了较大的调整往往其它参数值也需要进行修改。对于串级控制系统必须由内向外依次调整因为位置环包含速度环用户必须先对速度环进行整定然后再整定位置环。部分伺服支持增益切换功能其内部存储多组增益若单组增益无法满足整个运行需求则可在不同运行阶段切换至不同的增益。根据《SINAMICS S200 伺服驱动系统调试及优化指南(V1.0)》对参数进行调整时建议每次按照当前值的10% 幅度进行增减。关于经验公式此处提供的经验公式引自某厂商的产品手册。不同厂商提供经验公式有所不同笔者目前无能力分辨其优劣。速度环整定速度环可以在额定速度的 10-20%下进行调试。第一步调整速度比例增益Kvp值将Kvp值渐渐加大同时观察伺服电机旋转速度是否明显忽快忽慢停止时是否产生振荡当产生以上现象时回调Kvp值使振荡消除、旋转速度稳定。如有必要经Kvi调整后可再作反复修正以达到理想值。第二步调整速度积分增益Kvi值将Kvi值渐渐加大直至积分效应产生产生以上现象时回调Kvi值使振荡消除、旋转速度稳定。建议按以下关系取值500 ≤ K v p × K v i ≤ 1000 500 ≤ Kvp×Kvi ≤ 1000500≤Kvp×Kvi≤1000经验公式第三步调整转矩前馈增益Vfg值当PI调节无法达到预期的功能时可以考虑对转矩前馈的调节。位置环整定位置环需要在工艺要求的最大速度下调试以使高速下位置环的跟随误差还能满足要求。第一步调整位置比例增益Kpp值调整方法见前文。当位置响应频率比速度响应频率高时机台会产生抖动或定位会有过冲Overshoot的现象。为保证系统稳定应保证速度环最高跟随频率是位置环最高跟随频率的3~5 倍即3 ( 2 ∗ p i ∗ K v p ) / K p p 5 3(2*pi*Kvp)/Kpp53(2∗pi∗Kvp)/Kpp5经验公式第二步调整速度前馈增益Pfg值当P调节无法达到预期的功能时可以考虑对速度前馈的调节。6共振抑制伺服系统产生振荡并不一定意味着发生了机械共振。虽然机械共振在伺服系统中可能发生但振荡也可能由其他因素引起比如参数设置不合适、控制算法不当等。若用户调整刚性后仍存在振荡则可考虑共振抑制。6.1基本概念机器振动信号可以被典型地描述为一个从1~500Hz范围内的任何地方的窄带干扰信号。机床上的振动可以视为共振。所谓共振就是机床的固有频率与振源的频率相等在机床系统中振源就是伺服电动机。当伺服电动机的运行频率与机床机械系统的固有频率相等时就发生共振。消振即消除机械共振消振的方法就是使伺服电动机的运行频率避开机床系统的固有频率。避开的方法除了降低控制回路的增益以改善共振现象就是使用各种滤波器过滤掉共振频率使伺服电动机以非共振频率工作。一些伺服驱动器提供了观测机械系统共振频率的功能可利用此功能衰减共振。当振动得到有效的抑制后可尝试继续增大伺服增益以提高伺服动态性能。6.2滤波器设计通过应用滤波器可在不改变原有控制参数情况下达到抑制共振的效果。伺服支持的滤波器通常为低通滤波器和陷波滤波器。滤波器对转矩指令进行滤波下图中被红框圈出的部分即为滤波器所在的位置图示为NTF。引用本图仅做位置示意不必关注细节。低通滤波器几乎所有的物理系统都有低通滤波器的特性因而系统输入端的高频扰动通常能被系统本身有效控制。如果噪声电平过高以至于控制器的正常滤波不充分则通常使用低通滤波器传送控制信号。低通滤波器在振动频率会偏移情况下使用高频振动时使用能有较好效果。通过设定滤波器时间常数令其在接近共振频率处衰减共振。但低通滤波器会使得系统的相位滞后带宽降低相位裕度的减小容易引起环路振荡。故只能应用于高频振动场合。陷波滤波器陷波滤波器陷波器在系统共振频率固定情况下使用可消除/抑制不想要的窄带频率。陷波器通过降低特定频率处的增益可达到抑制机械共振的目的。驱动器内通常内置多个陷波器开启一个陷波器后若出现新的共振则开启第二个陷波器。优先建议使用自适应陷波器若有则用户无需手动调参。陷波器主要如下·中心频率陷波器的工作频率即需要抑制的干扰信号的频率此处为共振频率。·宽度陷波器能够有效抑制的频率范围。·深度陷波器对干扰信号的抑制程度。如果知道共振频率那么使用陷波器可以直接将共振量消除其效果优于低通滤波器。6.3共振点分析可以使用FFT频谱对共振点进行分析。机械共振引发了电机转速和电机转矩的剧烈变化电机的输出转矩又与转矩电流呈线性关系因此通过分析电机电流即可得到系统共振信息。在出现共振现象后截取电机电流时域波形使用FFT频谱查看最高的共振点落在的频率位置即为共振频率可以使用陷波器衰减该共振频率。完成滤波器设定后可反复加减速电机若无共振音则表示性能满足。如果发现共振频率超过 2,000Hz 以上表示系统的响应频率和增益值都已经设定超过机构所能够承受的数值建议用户先降低响应频率和系统增益后再重新进行频域的 FFT 分析。评价使用FFT频谱对共振点进行分析是一种容易达成的方式伺服上位机软件普遍支持示波器功能故即使其不支持FFT频谱功能也可以将相关波形导出再在第三方软件如MATLAB中进行分析。事实上目前市面上的伺服上位机软件更多支持更加高级的机械特性分析功能也可用作共振点分析广义上使用FFT频谱进行共振点分析也属于机械特性分析的一种将在后文介绍。7机械特性分析机械特性分析基于速度环进行以不同频率的正弦信号作为输入扫频法通过研究系统的频率响应特性来分析系统的性能。使用V-ASSISTANT执行机械特性分析功能输入信号设定值滤波器前的速度设定值的频谱图见下。应用该功能可输出系统的闭环伯德Bode图。伯德图由对数幅频特性曲线和对数相频特性曲线组成。幅频特性描述的是系统对不同频率信号的放大或衰减程度。相频特性描述的是系统对不同频率信号的相位延迟情况。闭环伯德图的性能指标如下用户可以借此对系统性能进行分析。共振点分析如果有共振点在高频段增益衰减区域有尖峰尖峰处的频率就是共振频率。系统带宽分析带宽频率为闭环幅度响应达到-3 dB时的频率。伺服带宽可表示系统对输入命令位置、速度或转矩变化的响应速度。带宽越大则响应速度越快但对高频干扰的抑制能力也越弱。当有用信号频率大于带宽频率时表现为信号衰减以及滞后用户可以通过调节增益的方式来增加带宽。物理系统表现为低通特性故对伺服系统带宽频率即截止频率。系统稳定性分析可以使用稳定裕度来衡量闭环系统的稳定程度。稳定裕度分为幅值裕度和相角裕度幅值裕度是相位首次达到 -180° 时低于 0dB的振幅值相位裕度就是振幅值越过 0dB 时相位值与 -180° 的差值。对于闭环稳定的最小相位系统相角裕度指出了系统在变为不稳定之前系统的开环频率特性的相角可以再滞后γ度对于不稳定的系统相角裕度指出了为了使系统稳定系统的开环频率特性的相角应超前γ度。更新记录2023-10-26 内容更新
