伺服應(yīng)用于要求精度高、定位快的場合，在簡單的調(diào)整剛性和慣量比無法滿足現(xiàn)場要求時(shí)，該如何對伺服進(jìn)行增益調(diào)整？從伺服控制本質(zhì)的三環(huán)控制、三環(huán)帶寬的關(guān)系、增益參數(shù)調(diào)試步驟、各增益參數(shù)原理以及對伺服運(yùn)行的影響、常用濾波器等方面介紹伺服增益調(diào)整原理與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

伺服驅(qū)動器由電流控制環(huán)，速度控制環(huán)和位置控制環(huán)三個(gè)環(huán)路組成，控制框圖如下：

內(nèi)層的帶寬一定大于外層的帶寬，否則整個(gè)控制系統(tǒng)為不穩(wěn)定系統(tǒng)，會造成系統(tǒng)震蕩。所以，以上三個(gè)環(huán)路的帶寬關(guān)系為：

電流環(huán)帶寬>速度環(huán)帶寬>位置環(huán)帶寬

位置和速度帶寬的選擇是否合適是由機(jī)械的剛性和現(xiàn)場應(yīng)用場合決定的，一般的應(yīng)用場合，調(diào)整慣量比和剛性即可達(dá)到現(xiàn)場的響應(yīng)和定位要求。

如果慣量比和剛性調(diào)整后，依然無法達(dá)到現(xiàn)場的應(yīng)用要求，需要對位置環(huán)和速度環(huán)的參數(shù)一一進(jìn)行微調(diào)時(shí)，但需要注意的是，如果改變其中一個(gè)參數(shù)，則其他參數(shù)也需要重新調(diào)整，請不要對某一個(gè)參數(shù)做較大額的更改。一般可遵循以下步驟：

伺服驅(qū)動器主要的性能參數(shù)調(diào)整有三個(gè)：1.速度環(huán)比例增益；2.速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù);3.位置環(huán)比例增益。

速度環(huán)比例增益、積分時(shí)間常數(shù)僅對電機(jī)在運(yùn)行時(shí)（有速度）起作用。速度環(huán)比例增益的大小，影響電機(jī)速度的響應(yīng)快慢，速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)的大小，影響電機(jī)穩(wěn)態(tài)速度誤差的大小及速度環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)伺服電機(jī)帶上實(shí)際負(fù)荷時(shí)，由于實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量與缺省參數(shù)值設(shè)置時(shí)并不相符，速度環(huán)的帶寬會變窄，如果此時(shí)的速度環(huán)帶寬滿足需求，沒有發(fā)生電機(jī)速度爬行或振蕩等現(xiàn)象，可以不調(diào)整速度環(huán)的比例增益及積分時(shí)間常數(shù)。如果實(shí)際負(fù)荷使電機(jī)工作不穩(wěn)定，發(fā)生爬行或振蕩現(xiàn)象，或者現(xiàn)有的速度環(huán)帶寬不理想，則需要對速度環(huán)的比例增益、積分時(shí)間常數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

在調(diào)試開發(fā)伺服經(jīng)常調(diào)整這倆個(gè)驅(qū)動參數(shù)，通常都是在軸振動及加工表面不平滑來調(diào)使之達(dá)到一定的響應(yīng)速度從而改變加工效果。

位置環(huán)比例增益僅在驅(qū)動器工作在位置方式時(shí)有效。當(dāng)伺服電機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，增加位置環(huán)比例增益，能提高伺服電機(jī)的鎖定剛度。當(dāng)伺服電機(jī)在位置環(huán)下運(yùn)行時(shí)，增大與減小位置環(huán)比例增益時(shí)，位置滯后量將隨之變化。

位置環(huán)增益的調(diào)整如是插補(bǔ)軸需同步，起滯后量也就是跟隨誤差，直接決定與插補(bǔ)的狀態(tài)。我通常是調(diào)整該參數(shù)是在軸響應(yīng)性過強(qiáng)來增大位置環(huán)增益從而實(shí)現(xiàn)軸運(yùn)動換向時(shí)減少對機(jī)械的沖擊。

應(yīng)該知道這倆個(gè)參數(shù)與加速度是不同的，軸加速度是從高速到低速或反之的過程時(shí)間。而速度環(huán)增益改變的是電機(jī)的剛性大小，位置環(huán)增益改變的是軸的跟隨特性。

位置控制的增益調(diào)整步驟如下：

1、設(shè)定合適的轉(zhuǎn)動慣量比；

2、設(shè)定速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)為較大值；

3、加大速度環(huán)增益，如果機(jī)械振動，稍許調(diào)?。?/p>

4、減小速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)，如果機(jī)械振動，稍許調(diào)大；

5、增大位置環(huán)增益，如果機(jī)械振動，稍許調(diào)?。?/p>

6、如果因?yàn)闄C(jī)械系統(tǒng)發(fā)生共振而無法加大增益，進(jìn)而無法得到應(yīng)有的伺服應(yīng)用要求，可以對轉(zhuǎn)矩低通濾波器或陷波器調(diào)整抑制機(jī)械系統(tǒng)共振；然后重新操作以上步驟以提高伺服性。建議首先使用轉(zhuǎn)矩低通濾波器，若轉(zhuǎn)矩低通濾波器效果不好再考慮陷波器；

7、若需要更短的定位時(shí)間和更小的位置跟蹤誤差，可適當(dāng)增加速度前饋，即速度前饋增益，但不宜超過80%；

速度控制的增益調(diào)整步驟如下：

1、設(shè)定合適的轉(zhuǎn)動慣量比；

2、設(shè)定速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)為較大值；

3、加大速度環(huán)增益，如果機(jī)械振動，稍許調(diào)?。?/p>

4、減小速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)，如果機(jī)械振動，稍許調(diào)大；

5、如果因?yàn)闄C(jī)械系統(tǒng)發(fā)生共振而無法加大增益，進(jìn)而無法得到應(yīng)有的伺服應(yīng)用要求，可以對轉(zhuǎn)矩低通濾波器或陷波器調(diào)整抑制機(jī)械系統(tǒng)共振；然后重新操作以上步驟以提高伺服性。建議首先使用轉(zhuǎn)矩低通濾波器，若轉(zhuǎn)矩低通濾波器效果不好再考慮陷波器；

速度環(huán)增益：

速度環(huán)增益直接決定了速度環(huán)的響應(yīng)帶寬。在機(jī)械系統(tǒng)不產(chǎn)生共振或噪音的情況下，增大速度環(huán)增益，速度響應(yīng)會越快，對速度的跟隨性越好。但過大的速度環(huán)增益會引起機(jī)械共振。

速度環(huán)帶寬(Hz)=（1+G）/（1+JL/JM）*速度環(huán)增益(Hz)

其中：G為轉(zhuǎn)動慣量比，JL為折算到電機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量，JM為電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量。當(dāng)設(shè)定值G=JL/JM時(shí)，速度環(huán)增益即為速度環(huán)帶寬。

速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)：

速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)可以有效的消除速度穩(wěn)態(tài)誤差，快速反應(yīng)細(xì)微的速度變化。在機(jī)械系統(tǒng)不產(chǎn)生共振或噪音的情況下，減小速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)，可以增加系統(tǒng)剛性，降低穩(wěn)態(tài)誤差。如果負(fù)載慣量比很大或機(jī)械系統(tǒng)存在共振因素，必須加大速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)，減小積分的作用，否則機(jī)械系統(tǒng)容易發(fā)生共振。如果慣量比參數(shù)G設(shè)置為JL/JM的情況下，速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)為：

速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)(ms)=4000/（2*pi*速度環(huán)增益(Hz)）其中：pi為圓周率。

位置環(huán)增益：

位置環(huán)增益直接決定了位置環(huán)的反應(yīng)速度。在機(jī)械系統(tǒng)不產(chǎn)生共振或噪音的情況下，增加位置環(huán)增益，減小位置跟蹤誤差，縮短定位時(shí)間。但過大的位置環(huán)增益也會造成機(jī)械系統(tǒng)抖動或定位超調(diào)。位置環(huán)帶寬不可高于速度環(huán)帶寬，如下：

位置環(huán)帶寬(Hz)<=速度環(huán)帶寬(Hz)/4

如果慣量比參數(shù)G設(shè)置為JL/JM，位置環(huán)增益可以計(jì)算：

位置環(huán)增益(1/s)<=2*pi*速度環(huán)增益(Hz)/4

轉(zhuǎn)矩低通濾波器：

低通濾波器對高頻有很好的衰減，能較好的抑制高頻震蕩和噪聲，但對中低頻共振無抑制作用。例如絲杠連接負(fù)載時(shí)，增加剛性可以提高系統(tǒng)響應(yīng)，當(dāng)提高到一定程度時(shí)，有時(shí)會發(fā)生高頻共振，電流發(fā)生震蕩，使用轉(zhuǎn)矩低通濾波器會有較好的效果。

設(shè)置值越小，系統(tǒng)的響應(yīng)性越能很好的控制，但受機(jī)械條件限制；設(shè)置值越大，越能抑制高頻共振，但太大設(shè)置值會造成響應(yīng)帶寬和相位裕度減小，造成系統(tǒng)震蕩。

陷波器：

伺服驅(qū)動器中有兩個(gè)陷波器，可以同時(shí)使用，能抑制兩種不同的頻率共振。系統(tǒng)的共振頻率可以大概通過觀看電流波形計(jì)算得到，共振頻率知道的情況下，陷波器可以直接將共振現(xiàn)象消除；共振頻率不確定的情況下，可以從高到低逐步降低陷波器頻率設(shè)置值，直至電流振蕩最小的頻率設(shè)置值即為最優(yōu)值。

如果共振頻率是隨著時(shí)間或其他因素偏移的，且偏移范圍較大，則陷波器不適用。

陷波器不僅包括頻率這個(gè)參數(shù)，還包括陷波器深度和品質(zhì)因數(shù)。陷波器深度越深，機(jī)械共振抑制效果越好，但會造成相位延遲大，有時(shí)反而會加大系統(tǒng)的振動；陷波器寬度越寬，品質(zhì)因數(shù)越小，機(jī)械共振抑制效果越好，但也會造成相位變化區(qū)域大，有時(shí)也反而會加大系統(tǒng)的振動。

實(shí)際應(yīng)用中,[剛性]這個(gè)詞,我們經(jīng)常用到,那么對于設(shè)備剛性調(diào)節(jié)根據(jù)經(jīng)驗(yàn),可以這樣調(diào)節(jié)到一個(gè)合適的值:

在設(shè)備允許的情況下，盡可能增大剛性，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)抖動時(shí)，減小剛性。