FANUC-高速高精度控制的调整步骤.ppt

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1、FANU C LTD Tuning - 1 高速高精度控制的 调 整步 骤 FANU C LTD Tuning - 2 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 FANU C LTD Tuning - 3 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 -

2、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 FANU C LTD Tuning - 4 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 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 FANU C LTD Tuning - 5 3. 机械 刚 性 为 了 获 得高增益和加工出高精度

3、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 FANU C LTD Tuning - 6 伺服 调 整 过 程 概述 FANU C LTD Tuning - 7 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

4、 . 增益 调 整是最重要的 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 ? FANU C LTD Tuning - 8 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

5、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 . PCMCIA LAN 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 进 行自 动调 整 . FANU C LTD Tuning - 9 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

6、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 FANU C LTD Tuning - 10 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 . FANU C LTD Tu

7、ning - 11 伺服 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 FANU C LTD Tuning - 12 (*1) 设 定 HRV 电 流控制 (HRV2 或 HRV

8、3) 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 ). 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 FANU C LTD Tuning - 13 (*2),(*3) 消除机械共振 滤 波器 调 整 和速度 环 增益

9、 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 高速高精度控制功能 . 伺服 调 整 过 程概述 FANU C LTD Tuning - 14 (*4

10、) 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% FANU C LTD Tuning - 15 (*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 FANU C LTD Tuning - 16 伺服 调 整 过

11、 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 FANU C LTD Tuning - 17 伺服 调 整 过 程 详 述 FANU C LTD Tuning - 18 初始化伺服参数 (1) 基本参数 参数号 16 i / 1 8 i / 2 1 i /0 i 标准设定值 说明 2004 0 X 0 0 0 0 1 1 ( 注 1 ) 电流控制环 1 2 5 s 2040 标准参数 ( 注 1 ) 电流积分增益 2041 标准参数 ( 注 1 ) 电流比例增益 200

12、3 # 3 1 PI 功能有效 2 0 1 7 # 7 1 速度环高速循环处理功能有效 2 0 0 6 # 4 1 速度反馈中使用最新的反馈数据 2 0 1 6 # 3 1 停止时比例增益可变有效 2119 2 ( 检测单位 1 m) 20 ( 检测单位 0 . 1 m) 停止 时比例增益可变有效时用 : 停止状态判断电平 ( 根据检测单位进行设定 ) 1825 5 000 位置增益 2021 128 负载惯量比 ( 速度增益 ) 2 2 0 2 # 1 1 切削 /快速进给速度增益变化有效 2107 150 切削进给速度增益倍率 调 整初始化参数 时 , 请 从 (1) 到 (4)初始化伺服

13、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 FANU C LTD Tuning - 19 前馈和 FA D( 精细加 /减速 ) 参数号 16 i / 1 8 i / 2 1 i /0 i 标准设定值 说明 2 0 0 7 # 6 1 FAD 有效 ( 精细加减速 ) 2 2 0 9 # 2 1 直线型 F AD 有效 . 2109 16 FAD 时间常数 2 0 0 5 # 1 1 前馈有效 1 8 0 0 # 3 0 快速时前馈有效 2 0 1 7 # 5 1 加快使用 RISC 前馈时的响应性 2 2 0

14、 0 # 5 1 加快使用 RISC 前馈时的响应性 2092 100 00 预读 ( 位置 ) 前馈系数 2069 50 速度前馈系数 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 . FANU C LTD Tuning - 20 反向 间隙 加速 参数号 16 i / 1 8 i / 2 1 i /0 i 标准 设定 值 说明 1851 大于 1 间隙 补偿 2003 # 5 1 间隙 加速 有效 2 0 0 6 # 0

15、0 /1 0 : 半闭环 系统 1 : 全闭环 系统 2 0 0 9 # 7 1 间隙 加速 停止 2 0 0 9 # 6 1 仅在 切削 进给 使用 间隙 加速 功能 (F F) 2 2 2 3 # 7 1 仅在 切削 进给 使用 间隙 加速 功能 (G01 ) 2 0 1 5 # 6 0 两段 间隙 加速 有效 2146 50 两段 间隙 加速 结束 时间 2048 50 间隙 加速 量 2082 5 (1 u m 检测 单位 ) 5 0 (0 .1 u m 检测 单位 ) 停止 距离 ( 检测 单位 ) 2071 20 间隙 加速 时间 设 定高速度增益和位置增益可以有效减小象限凸起 .

16、 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) FANU C LTD Tuning - 21 时间常数 参数号 16 i / 1 8 i / 2 1 i /0 i 标准设定值 说明 1620 200 直线型加 /减速时间常数 (m s ) 1621 200 钟型 加 /减速时间常数 (m s ) 1768 24 切削进给插补后加 /减速时间常数 (m s ) 1770 30000 最大切削速度 1771 240 时间

17、(m s ) 0 . 2 G (AI , AI Na n o ) 1772 24 钟型加 /减速时间常数 8400 30000 最大切削速度 19510 240 时间 (m s ) 0 . 2 G (AI HPCC , A I Nan o HPCC ) 8416 24 钟型加 /减速时间常数 初始化伺服参数 设 定 (4) 更 详细 内容 , 请 参照 高速和高精度运行相关的参数 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

18、. FANU C LTD Tuning - 22 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 FANU C LTD Tuning - 23 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

19、机速度 转 矩 指令 降低增益 电 机速度 转 矩 指令 FANU C LTD Tuning - 24 速度增益和 HRV 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 FANU C LTD Tuning - 25 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

20、 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 FANU C LTD Tuning - 26 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 10m/div 速度增益和 HRV滤 波器 调 整 (5) 10m/div FANU C LTD Tuning - 27 前 馈 功能 结 构 图 前 馈调 整 (1) 前 馈 从 CNC发

21、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 . - + as Kp 速度 环 位置指令 速度 前 馈 + + + + 位置反 馈 FANU C LTD Tuning - 28 前 馈 系数 0% 前 馈 系数 100% 半径 误 差差不多是 250m 半径 误 差几乎是 0m (位置 ) 前 馈调 整 通 过设 定位置前 馈 系数 值 接近于 100

22、%, 路径 误 差被 彻 底减小 . 前 馈调 整 (2) FANU C LTD Tuning - 29 (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 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 . FANU C LTD Tuning - 30 速度前 馈调 整 当各个 轴 的加速

23、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 . X Y 由 Y轴 延 迟导 致 的位置 误 差 由 X轴 延 迟导 致 的位置 误 差 X Y 没有速度前 馈 使用速度前 馈 前 馈调 整 (3) FANU C LTD Tuning - 31 圆 弧半径减速 根据加速度 调 整 进给 率控制 (1

24、) 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 FANU C LTD Tuning - 32 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

25、,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 FANU C LTD Tuning - 33 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

26、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) FANU C LTD Tuning - 34 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) FANU C LTD Tuning - 35 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

27、 直 线 部分 :F10000 拐角部分 :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 FANU C LTD Tuning - 36 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) FANU C LTD Tuning - 37 高速高精度 伺服 HRV3 控制 FANU C LTD Tuning - 38 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

28、冲 编码 器 带 超平滑 旋 转 的 电 机 路径 误 差 2m R100mm F30m/min 1m/div 高速高精度伺服系 统 高速高精度伺服系 统 技 术 纳 米控制 超平滑 进给 和 高速 频 率响 应 FANU C LTD Tuning - 39 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

29、 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 FANU C LTD Tuning - 40 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 致的振 动 多个 (最多 4个 ) 机械共振抑制 根据机床

30、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) FANU C LTD Tuning - 41 SERVO HRV3 Control 伺服 HR 3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

31、) FANU C LTD Tuning - 42 SERVO HRV3 Control 伺服 HRV 3 误 差 4 m 立式加工中心 (半 闭环 ) 圆 弧切削 (XY R100mm,F10m/min) 误 差 1.5 m 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 2 较 光滑的路径 效果 1 较 小的路径 误 差 伺服 HRV3 控制 应 用 举 例 (1) FANU C LTD Tuning - 43 路径 误 差 4m R100mm F1m/min a 放大器 低速 时 平滑性更好 ai 放大器 路径 误 差 2m

32、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 FANU C LTD Tuning - 44 SERVO HRV3 Control 伺服 HRV3 控制 10m 圆 弧切削 (XY R26mm,F2m/min) 2m/div 方形切削 使用 10m 步幅 (F2m/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 ) FANU C LTD Tuning - 45 SERVO HRV3 Control 伺服 HRV3 控制 2m/div 轮 廓 误 差 10m/div H

33、RV3 速度增益 9000% 位置增益 150/Sec 10m 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 10m步幅 (F2m/min) 方形切削 带 1/4圆 弧 (F2m/min) FANU C LTD Tuning - 46 SERVO HRV3 Control 伺服 HRV3 控制 切削形状 (S8000 F0.006mm/min) 1m HRV3 速度增益 5000% 位置增益 300/Sec 2m #1 #2 #3 #1 #2 #3 没有 过 冲 应 用 举 例 (4) 小型 车 床 (直 线电 机 )