西门子840D系统驱动优化详解(上)中捷机床有限公司(辽宁沈阳110043)边江马国春1．驱动优化的必要性(1)直线移动部分的质量比如工作台和工件的大数控系统的主要功能是把编制的NC程序转变成相小。应轴的机械位移，在轴位移的过程中，好的动态特性和(2)惯性旋转移动部分的惯性。稳定性是驱动稳定高效运行的关键。特别在模具的高速(3)摩擦力主要有工作台导轨之间，丝杠和螺母加工中，要求系统有良好的动态和静态特性。一般在机之间的摩擦力。床调试时系统会给定一组相应轴的默认参数，但这些参这些因素在机床设计以后就定下来了，所以大型机数一般是为了保证系统正常运行的比较保守参数，驱动床的动态特性很难和中小型的机床比，同时机床的润滑优化的目的是在现有的基础上尽可能提高系统的动态情况也会影响系统的动态特性。性。除了这些因素，连接元件中的弹性变形也是影响系2．驱动轴的结构统动态性能的关键因素，比如联轴器等。一般说来，系机床的结构如图1所示统的刚性越好，系统的动态特性就越好，所以在优化之前先尽量在机械方面提高系统的刚性，比如检查联轴器[／／／／／／／／／／／／／／／／／／,的连接、丝杠的间隙等。图3是机床结构的简化图。x—x—L———————一L————————一—1————动态特性1根据图1的机械结构可以看出来，实际的机床运动链是电动机根据系统的运动指令位移相应的角度，电动机的旋转运动经过联轴器传递到丝杠，丝杠又通过和工化作台联接在一起的螺母把旋转运动转变成工作台的直线运动。图2是轴的给定值和实际值的曲线图，从图上可以看出来，给定值和实际值之间有一个差值，这个差值是因为系统的惯性和连接元件中的弹性变形引起的，这^oad个差值就是系统动态误差的主要组成部分。．动态特性／mm1O0图3从图上可以看出，电动机的输I叶I传递到工作台也就1O是负载上时要经过中间一些传递环节，对应传递环节的输出和输入比就是传递函数。从理论上讲，一个理想的图2驱动传递函数是一个纯线性环节，只有这样，输出会真影响系统的动态特性主要有以下几个方面实地跟随输入，但实际上在传递环节中存在好多的弹性墨■2009年第4期参磊工冷加工WWW．metalworking7950．com环节，所以一个近似的传递环节可以简化为一个线性环值，也就是有点超调，当达到3dB时候，超调的值接近节和一个弹性环节的组合，并且弹性环节部分的频率常40％，系统有振荡的危险；小于OdB表示输出被衰减，常是好多的频率组合起来的。这样在传递环节的输出部当为一lOdB时，衰减幅度达到70％，这时的输出基本分，有的输入会被压抑，从而降低系统的动态特性，而被抑制。同时，输入信号的相位也滞后，当滞后的值接有的输入则会被放大，也就是俗称的“共振”。这些共近180。时，这个频率的信号接近被完全抑制。驱动轴正振是造成机床不稳定的致命因素，而驱动优化的大部分常工作时，根据电动机的速度可以推算出输出到电动机工作就是找出这些共振点，通过加电子滤波器的方法来的电源的频率，一般都较低，在几十到几百赫兹左右。抑制这些共振，增加系统的稳定性，这样就可以提高系但在系统加减速过程中，输出到电动机的电源频率会有统的增益来提高系统的动态特性。很宽的范围，一般能到千赫左右。在波特图中，当幅值3．驱动优化的原理比从0dB往下降且相位滞后接近180。时，这个频率称为驱动轴是由电流环、速度环和位置环组成，一般来拐点频率。这个频率越高，驱动的动态特性越好，反之说位置环是一个简单的比例调节器，因而调节起来比较越低简单，速度环和电流环是由比例积分调节器组成，是驱10．0000>dB<一动的核心部分，因而速度环又是驱动优化的调整重点。一30．0000驱动优化的关键是提高速度环的动态特性，而提高动态18O．0000特性的关键又在于提高速度环比例环节的增益，降低积deg分环节的时间常数。如前所述，找出驱动部分的共振频—l800000率是提高系统动态特性的首要条件，但怎样找出这些频率来呢?怎样评价驱动环节的动态特性呢?如图4所图5示驱动优化的过程就是尽量让拐点频率提高，让幅值比曲线更接近于OdB。增加速度环的增益会使波特图线往上翘，如图6所示，黑颜色的表示为MD1407=1．3，而蓝颜色则表示为MD1407=3．5。但同时原来在OdB下面的小尖峰超过了3dB，系统会振荡，电动机有时会发出啸叫的声音。这时如果能采L丽厂取相应的办法把尖峰去掉，就能达到既增加速度环增———}———数控系统(Sinumerik802Ds)益，又不影响系统的稳定的目的。数控系统能通过添加I相应的电子滤波器的方法来实现。传输函数=