飛陽數(shù)控系統(tǒng)FOM是沈陽機(jī)床集團(tuán)與意大利菲迪亞公司合作研發(fā)的高品質(zhì)、高性價(jià)比的數(shù)控系統(tǒng)。XPOWER交流伺服驅(qū)系統(tǒng)是與飛陽數(shù)控系統(tǒng)相配套的伺服驅(qū)動(dòng)器，是飛陽數(shù)控的基本功能單元之一，作為控制系統(tǒng)中的功率部分，接受控制系統(tǒng)發(fā)出的電機(jī)控制指令并驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。本文主要針對飛陽數(shù)控系統(tǒng)FOM，對伺服軸的優(yōu)化流程及參數(shù)調(diào)節(jié)過程進(jìn)行了研究。

1 XPOWER交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化的原理

　　XPOWER交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)三環(huán)組成，電流環(huán)、速度環(huán)的控制器均由比例積分調(diào)節(jié)器組成，位置環(huán)則是一個(gè)比例調(diào)節(jié)器。由于電流環(huán)的響應(yīng)較速度環(huán)快，而速度環(huán)又比位置環(huán)響應(yīng)快，因此遵循內(nèi)環(huán)到外環(huán)的優(yōu)化順序.即“電流環(huán)速度環(huán)位置環(huán)”，其中內(nèi)環(huán)性能的優(yōu)劣會(huì)影響到外環(huán)性能的發(fā)揮，因此速度環(huán)是優(yōu)化的重點(diǎn)。伺服優(yōu)化的過程就是調(diào)節(jié)三環(huán)控制器的增益和積分時(shí)間常數(shù)，使機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能得到提升。

　　1.1電流環(huán)參數(shù)優(yōu)化

　　電流環(huán)控制器是一個(gè)比例積分調(diào)節(jié)器.一般情況下，機(jī)床出廠時(shí)會(huì)通過Bruco軟件（Xpower驅(qū)動(dòng)器優(yōu)化軟件）選擇響應(yīng)型號(hào)的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)，同時(shí)利用Bruco軟件進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化。因此電流環(huán)通常不需要再優(yōu)化，除非電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)異常的響聲，則需要對電流環(huán)進(jìn)行優(yōu)化，次數(shù)需要適當(dāng)?shù)販p小增益KPI，同時(shí)增加積分時(shí)間常數(shù)TNI。

　　1.2速度環(huán)參數(shù)的優(yōu)化

　　速度環(huán)是參數(shù)優(yōu)化的重點(diǎn)，速度環(huán)優(yōu)化的參數(shù)有速度環(huán)增益Kpv、速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)Tn。先用Bruco軟件進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)。先對增益和積分時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，使機(jī)床在能夠正常運(yùn)行的情況下增益盡量大，積分時(shí)間盡量小。增益越大，速度環(huán)頻率特性越好，積分時(shí)間越小，頻率特性也得到提高。

　　1.3位置環(huán)的優(yōu)化

　　在對位置環(huán)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，只有位置環(huán)增益Kv可以通過圓測試來優(yōu)化，當(dāng)增大位置環(huán)增益時(shí)，圓的輪廓精度越高。當(dāng)位置環(huán)增益增加到一定程度時(shí)，圓軌跡震蕩加大，同時(shí)機(jī)床開始振動(dòng)。適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)Kv，使圓的輪廓精度盡可能高，同時(shí)保證機(jī)床不振動(dòng)。

2 XPOWER交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化的步驟

　　2.1調(diào)試軟件簡介

　　Xpower驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相配套的軟件是Bruco，利用它可以修改Xpower驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的參數(shù)。另外，在飛陽數(shù)控系統(tǒng)中，提供了幾個(gè)用來測試機(jī)床動(dòng)態(tài)特性的工具ERCI、ERDI、ERRE。ERCI主要用來同時(shí)優(yōu)化兩個(gè)軸的速度環(huán)比例增益Kp和位置環(huán)比例增益Kv：ERDI可以用來優(yōu)化單軸的速度環(huán)比例增益Kp和速度環(huán)積分時(shí)間，因?yàn)樵趦?yōu)化好單軸后還需要使用ERCI進(jìn)行多軸的優(yōu)化，這樣就浪費(fèi)了很多時(shí)間和精力，所以實(shí)際優(yōu)化時(shí)往往不采用ERDI進(jìn)行優(yōu)化而直接采用ERCI進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)某個(gè)坐標(biāo)軸性能很差時(shí)，經(jīng)常利用ERDI進(jìn)行單軸調(diào)試優(yōu)化。ERRE用來優(yōu)化加速度、速度環(huán)積分時(shí)間Tm

　　2.2 xpower驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化步驟

　　以%ICl051為例說明XPower驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)化步驟：

　　2.2.1利用Bruco優(yōu)化電流環(huán)，利用軟件自動(dòng)的電流環(huán)優(yōu)化功能優(yōu)化即可。

　　2.2.2利用ERCI工具主要用來優(yōu)化速度環(huán)比例增益Kp和位置環(huán)比例增益Kv。首先，機(jī)床能夠正常運(yùn)行的情況下，利用Brueo工具對速度環(huán)進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化。Brueo優(yōu)化完后，利用ERCI和Erre進(jìn)行優(yōu)化，通過觀察ERCI的圓形軌跡的反向峰值，增加Kp，增加Kp值時(shí)，使圓形軌跡上的反向峰值不再明顯減小，這即為機(jī)床Kp的極限值，然后取該值的70%80%作為Kp值。下面以某臺(tái)VMCl051立式加工中心為例，優(yōu)化Y軸時(shí)，說明不同Kp值，對機(jī)床的影響。

　　可見隨著Kp值的增大，圓軌跡反向尖峰值不斷的減小。在優(yōu)化的過程中，增益增大的同時(shí)，頻率響應(yīng)會(huì)在某些頻率處產(chǎn)生較大的峰尖，同時(shí)會(huì)發(fā)出剌耳的尖叫，利用SR5 v2.500軟件可以采集到共振的頻率，然后通過濾波器可以將這些峰尖屏蔽掉。濾波器有三種類型lowpass filter、Notch filter、General filter。

　　2.2.3利用ERCI優(yōu)化位置環(huán)環(huán)

　　逐漸增加位置環(huán)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的比例增益Kvd～I(xiàn)Kvs的值直到利用ERCI檢測的圓周誤差發(fā)生明顯變化，或者軸開始振動(dòng)。此時(shí)適當(dāng)減小Kv值，使機(jī)床處于穩(wěn)定狀態(tài)?！　?.2.4利用ERRE優(yōu)化加速度和速度環(huán)積分時(shí)間Tn。

　　不斷調(diào)整驅(qū)動(dòng)器加速度和速度環(huán)積分時(shí)間Tn的值，通過減小其值觀察其在ERRE四個(gè)區(qū)域開始兩段和結(jié)束兩段，使所優(yōu)化的兩個(gè)軸同步性更好，最后取一個(gè)折中的值。如圖5所示，3 結(jié)束語

　　飛陽數(shù)控系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)器優(yōu)化的關(guān)鍵是對三環(huán)控制器的參數(shù)調(diào)節(jié)，因此其優(yōu)化的實(shí)質(zhì)是對控制器的PID參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，在機(jī)床穩(wěn)定的前提下盡量提高其增益而減小積分時(shí)間常數(shù)。實(shí)踐證明上述方法行之有效，能夠明顯地提高機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能。