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1、,高速高精度控制的调整步骤,车驱动的三个基本要素,高速高精度机床加工的三个基本要素,驾驶员的驾驶技巧,加速器,刹车,手动响应速度,车的 悬挂,CNC 的进给率控制,伺服 系统响应,机械刚性,驾车和机床高速高精度控制具有以上 相似性.,高速高精度控制需要的基本元素,1.CNC 进给速度控制 高速高精度开始不协调的因素 为了保证两者协调,切线方向的速度仅在必要的点上需要 减小或者增加-依靠各个轴的速度差-依靠各个轴的加速度-依靠各个轴的加加速度,拐角前 慢下来,拐角后速度升起来,曲线前慢下来,曲线时慢速,高速,高速高精度控制需要的元素,2.伺服系统响应-尽可能精确地跟随移动指令-尽可能抑制干扰扭矩
2、 通过使用HRV2 或 HRV3 和 HRV 滤波器技术 实现较高的速度增益设定,高速高精度控制需要的元素,实际路径,实际路径,指令路径,指令路径,普通车,赛车,3.机械刚性 为了获得高增益和加工出高精度的工件,也 需要高的机械刚性,高速高精度控制需要的元素,实际路径,指令路径,普通车,刚性好并平稳的车,满足以上所有 3 条对于实现机床高速高精度控制仅仅是具备 了有一个好的驱动,伺服调整过程概述,伺服调整过程概述,为了提高伺服系统的执行性能和CNC 进给率控制伺服调整是必要的.伺服调整由下列项目组成.(伺服系统响应)-增益和 HRV 滤波器调整 这个调整提高了伺服控制总体的执行性能.增益调整是
3、最重要的项目.-前馈调整 调整前馈将路径误差减小为0.它是高速高精度机床必不可少的功能.(CNC 进给率控制)-通过加速度调整进给速度控制-通过速度差调整进给速度控制-通过加加速度调整进给速度控制 以上调整实现高速控制和指令路径的平滑控制,什么是伺服调整?,伺服调整过程概述,如何进行伺服调整 1,在伺服调整过程中,增益调整和HRV 滤波器调整是最重要的.通过提高伺服系统的速度增益和位置增益能够高精度跟随位置指令和抑制伺服电机的干扰.调整指导 在伺服指导中自动进行增益调整.,PCMCIALAN 卡,伺服指导,伺服指导 是支持伺服调整的一个强有力的工具.伺服指导可以观测到伺服 系统的状态并能对伺服
4、进行自动调整.,伺服调整过程概述,如何进行伺服调整 2,伺服调整使用一些代表性的图形形状.这些图形形状的程序已登记到伺服指导的 程序窗口 并通过程序窗口执行生成相应的程序.,(圆)前馈 反向间隙加速,(方)通过速度差实现进给率控制 速度增益,(带圆弧-拐角的方形)通过改变加速度实现进给率控制,HRV 控制,高速响应和 高分辨率反馈,位置控制,伺服系统,高精度电流反馈,伺服放大器,HRV滤波器,ai 伺服电机,速度控制,伺服控制,伺服调整过程概述,关于伺服系统,伺服系统由伺服控制,伺服放大器和伺服电机组成.所有这些产品对于提高伺服系统的执行性能是很重要的.伺服调整提高了伺服控制的执行性能.,伺服
5、调整过程概述,+,CNC发出,的指令,位置增益(*5),高速速度环(*3),前馈(*4),消除 机械共振滤波器(*2),HRV 电流控制 HRV2,3(*1),+,实现高速高精度控制如下调整伺服功能,(*1)设定 HRV 电流控制(HRV2 或 HRV3)(*2,*3)调整消除机械共振滤波器并设定速度环路增益(*4)前馈调整(*5)位置增益调整,伺服控制中的伺服调整项目,伺服控制,(*1)设定 HRV 电流控制(HRV2 或 HRV3),通过选择 HRV2 标准电机参数电流环控制周期缩短到125 s(对于 ais,ai 和 bis 伺服电机,使用90B0系列伺服软件支持HRV2标准电机参数).
6、对于HRV2的加强功能,通过提高电流环的高速响应,使用伺服 HRV3 控制可以得到更高的速度环增益.电流环的高速响应是伺服系统总体执行性能提高的基础,伺服调整过程概述,速度环增益低,速度环增益高,(*2),(*3)消除机械共振滤波器调整 和速度环增益设定,一些机床在特定的频率有很强的机械共振.消除机械共振滤波器 的HRV滤波器除去振动有效.伺服指导的调整导航器功能用于调整 HRV 滤波器.也可以使用调整导航器功能设定更高的速度环增益全面提高伺服的执行性能.,调整导航器 调整导航器按照一步一步的调整步骤提示进行调整.下列项目有效.-自动调整 设定速度增益-自动调整 设定HRV 滤波器-支持设定
7、高速高精度控制功能.,伺服调整过程概述,(*4)前馈调整,通过 提前预读前馈,伺服延迟被消除并且图形误差减小了通常使用97%到100%的前馈系数,伺服调整过程概述,前馈0%,前馈 100%,(*5)位置增益调整,通过使用高速速度环响应可以设定高的位置增益.设定高的位置增益也可以用于减小误差.推荐设定值大于 50/sec,只要能保证稳定性.考虑快速进给的稳定性决定位置增益的限制值.,伺服调整过程概述,伺服调整过程概述,调整前,调整后,下列图形表示伺服调整后的结果.四象限凸起完全被抑制.路径变得更平滑.,举例,较小的 路径误差,象限凸起被抑制,伺服调整过程详述,初始化伺服参数(1),调整初始化参数
8、时,请从(1)到(4)初始化伺服参数.灰颜色数据需要根据具体机床调整.,注 1.电机代码从 251 到 350 应用于 HRV2 参数,初始化伺服参数设定(2),FAD 有效使位置指令更平滑.如果使用 AICC,HPCC 和 AI-NanoCC,FAD不使用.为了减小位置指令的加速度CNC 侧使用插补后加/减速是必要的.,设定高速度增益和位置增益可以有效减小象限凸起.但是设定高增益是有一些限制的.反向间隙加速是减小象限凸起的功能 通过将 加速指令 加到速度指令当坐标轴反向时.两段反向间隙加速能够处理可变的速度.,初始化伺服参数设定(3),初始化伺服参数设定(4),更详细内容,请参照 高速和高精
9、度运行相关的参数说明,FANUC 交流伺服电机 ais/ai/bis 系列参数说明书附录(B-65270).在说明书中,初始化设定参数对小型,中型和大型机床的功能分别进行描述.,速度增益和 HRV 滤波器调整(1),调整导航器可以容易地调整速度增益.调整导航器从测量频率响应结果可以看到速度环路的增益裕度.调整导航器建议出推荐的速度增益.,增益裕度,推荐增益,速度增益和HRV滤波器调整(2),调整导航器提高增益后,再测频率响应特性曲线.,我们推荐通过坐标轴的直线移动检测增益设定的正确性.如果观察到有一些振动,请将速度增益减小一点.,电机速度,转矩指令,降低增益,电机速度,转矩指令,速度增益和HR
10、V 滤波器调整(3),通过使用调整导航器可以容易地调整 HRV 滤波器.调整导航器检测响应频率.调整导航器建议出推荐的HRV滤波器参数.,推荐的滤波器参数,速度增益和HRV滤波器调整(4),设定滤波器后调整导航器可以看到频率响应特性曲线.如果你想修改,你能细微地调整滤波器.,我们推荐通过坐标轴的直线移动检测滤波器设定的正确性.如果观察到有一些振动,请稍修改一下滤波器参数.,电机速度,转矩指令,修改中心频率,改变增益的效果和滤波器调整举例,位置前馈系数 100%速度增益 300%,位置前馈系数 100%速度增益 650%速度环高速循环处理功能(2017#7=1)ON,10mm/div,速度增益和
11、HRV滤波器调整(5),10mm/div,前馈功能结构图,前馈调整(1),前馈 从CNC发出的位置指令转换成速度指令补偿.这个补偿减小了主要由位置环延迟产生的位置误差和轮廓误差.,速度前馈速度指令的变化率(加速度)转换成 转矩指令补偿.这个补偿减小了主要由速度环延迟产生的位置误差和轮廓误差.,前馈系数 0%,前馈系数 100%,半径误差差不多是 250mm,半径误差几乎是 0mm,(位置)前馈调整,通过设定位置前馈系数值接近于 100%,路径误差被彻底减小.,前馈调整(2),(位置)前馈调整,前馈调整(2),插补后时间常数=24ms前馈系数 100%时间调整系数=0,插补后时间常数=24ms前
12、馈系数 100%时间调整系数=-3072,通过使用“时间调整系数”能够补偿由“插补后时间常数”导致的半径减小.如果路径误差有必要达到一定的限制值时,请提供使用这个特性.,速度前馈调整,当各个轴的加速度变化得快时,由于速度环延迟引起的位置误差就出现了.速度前馈(VFF)补偿这个延迟.这个程序带1/4 圆弧的方形 用于调整 VFF的设定值.通过图形窗口的轮廓方式观察路径误差,你能够容易地调整 VFF 系数.请通过调整速度前馈减小凸起.,没有速度前馈,使用速度前馈,前馈调整(3),圆弧半径减速,根据加速度调整进给率控制(1),在这个点从直线到圆弧 或 从圆弧到直线各个轴的加速度快速变化.在这些点的路
13、径误差变大.圆弧半径减速功能减小了拐角时的切线方向的速度和在上面2点加速度的变化.,A,B,C,D,直线部分:F4000,圆弧部分:F3000,切线速度,A,B,C,D,X,Y,测试程序,圆弧-直线,直线-圆弧,圆弧最大速度是F3000,圆弧最大速度是 F2200,半径,圆弧最大速度,请调整 圆弧半径减速 满足机床要求的精度.由于 圆弧半径减速 的值,在根据加速度减速 设定的允许加速度限制值被决定(半径的加速度=F2/R).,计算最大加速度,根据加速度调整进给率控制(2),圆弧半径减速,AI 高精度控制和AI 纳米高精度轮廓控制有相似的功能“根据加速度减速”.它根据减小速度指令钳制加速度.在小
14、的G01线段系列里减速运算有效.“根据加速度减速”由到最大进给率的时间常数确定.,速度,时间,最大进给率,时间常数,这个斜率表示允许加速度,当你设定了这一栏中的加速度值时,伺服指导自动地确定了适当的时间常数.,根据加速度减速,根据加速度调整进给率控制(3),容许加速度注释,在“圆弧半径减速”和“根据加速度减速”中,请设定相同的最大加速度.,由圆弧钳制值我们也能够确定插补前时间常数值.,通常插补前时间常数=圆弧钳制值 X 3.0,根据加速度调整进给率控制(4),通过仅仅设定插补前时间常数,坐标轴在方形的拐角处不减速.在这点使用 拐角减速 是必要的.,A,B,C,直线部分:F10000,拐角部分:
15、F500,切线速度,根据速度差调整进给率控制(1),A,B,C,D,X,Y,测试程序,拐角速度是 F500,拐角速度是 F200,请调整 拐角减速 满足机床加工精度要求.,根据速度差调整进给率控制(2),高速高精度伺服 HRV3 控制,伺服HRV控制,伺服HRV 控制实现 高速高精度,带高精度电流检测器 的伺服放大器,带16,000,000/rev的超高 分辨率脉冲编码器,带超平滑 旋转的电机,路径误差 2mm,R100mm F30m/min,1mm/div,高速高精度伺服系统,高速高精度伺服系统技术,通过高速CPU和 ai 伺服放大器的高精度电流检测器实现高速响应和高精度HRV电流控制通过高
16、速响应和高分辨能力的ai 脉冲编码器实现高的速度增益控制HRV滤波器消除从高频到低频的机械共振 通过与ai 和 ais 伺服电机的很平滑进给结合完成高速和高精度控制,HRV 电流 控制,高速响应和高分辨精度反馈,位置 控制,伺服 HRV 控制,纳米插补,CNC,纳米 CNC 系统,高精度电流反馈,伺服放大器,HRV 滤波器,ai 伺服电机,高的速度增益 控制,伺服 HRV3 控制,特性,SERVO HRV3 Control,伺服 HRV3 控制,增强的HRV滤波器,小的相位变化,宽的和柔和的,常规的HRV滤波器,复数的,单一的,增益,相位,HRV滤波器抑制由于设定高的速度增益产生机械共振导致的
17、振动多个(最多 4个)机械共振抑制根据机床的特性,滤波器宽度和深度自由地设定,增强的 HRV 滤波器(1/2),SERVO HRV3 Control,伺服HRV3控制,自动实时跟踪随意移动的机械共振适应依靠位置,运行中的状态和机械特性不同情况下的响应频率变化.,跟踪前,共振:250Hz滤波器:210Hz,TCMD,F10/min,振动减小,滤波器频率,HRV滤波器固定210Hz,变化后的 实际响应,210,210,250,Hz,Hz,振动 继续,跟踪后,总是固定的,增强的 HRV 滤波器(2/2),SERVO HRV3 Control,伺服 HRV 3,误差4 mm,立式加工中心(半闭环),圆
18、弧切削(XY R100mm,F10m/min),误差1.5 mm,伺服 HRV2,速度增益 300%位置增益 70/Sec,速度增益 700%位置增益 120/Sec,效果 1较小的路径误差,伺服 HRV3 控制,应用举例(1),路径误差4mm,R100mm F1m/min,a 放大器,低速时平滑性更好,ai 放大器,路径误差2mm,伺服 HRV3 控制,得益于 ai 放大器精确的电流检测,低速时进给的平滑性更好,ai 放大器,SERVO HRV3 Control,伺服 HRV3 控制,10mm,圆弧切削(XY R26mm,F2m/min),2mm/div,方形切削使用10mm 步幅(F2m/
19、min),HRV3速度增益 1330%位置增益 50/Sec,应用举例(2),立式加工中心(全闭环),SERVO HRV3 Control,伺服 HRV3 控制,2mm/div,轮廓误差10mm/div,HRV3速度增益 9000%位置增益 150/Sec,应用举例(3),立式加工中心(直线电机),圆弧切削(XY R25mm,F2m/min),方形切削使用10mm步幅(F2m/min),方形切削带1/4圆弧(F2m/min),SERVO HRV3 Control,伺服 HRV3 控制,切削形状(S8000 F0.006mm/min),1mm,HRV3速度增益 5000%位置增益 300/Sec,2mm,#1,#2,#3,#1,#2,#3,没有过冲,应用举例(4),小型车床(直线电机),
