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FANUC 0i数控机床半闭环消除振荡的方法发表日期： 2007 年 9 月 14 日出处：天下行作者：为铭转载已经有 384 位读者读过此文首先应分析振荡大概的频率， 如果是断续的，有规律的我们称之为低频振荡， 频率在 100－400Hz 时称之为高频振荡 低频振荡时：（1） 降低位置环增益，参数为1825，标准设为 3000 （2） 降低负载惯量比，参数为2021，一般设定在％ 70 以下 （3） 加入比例积分（ PI)控制，参数为 2003＃3，设为 1，使 PI 控制 使能 （4） 适当增加速度积分增益，参数2043高频振荡时：（1）使 250us加速度反馈功能， 此功能使对速度环反馈的一种补偿功能，由于 机床的传动环节导致弹性变形，或是负载的惯量折合倒电机轴上后与电动机的 转子惯量相比较大时，就会产生振荡参数2066，一般设定在 -10－-20 之间， 此值不能过大会引起不正常的振荡 （2）适当降低负载惯量比 （3）加入转矩指令滤波器功能，该功能是一低通滤波环节，对于100Hz 以上 的转矩指令有抑制作用，因此可以消除高频振荡参数2067，这是一个与截至 频率有关的量值，范围为1166（200Hz）－2327（90Hz）。

（4)加入观测器功能，如果假如（ 3）时不起作用，可假如此功能此功能实际 上是对速度指令中的高频成分进行分离，并加以抑制设定参数：2003＃2， 此位为 1，观测器有效； 2047，设定观测器检测系数POA1，值按标准设定；2050， 设定观测器检测系数POK1， 设定值按标准设定； 2051， 设定系数 POK2， 按标准设定以上使最基本的抑制方法，可在不同的机床上试验应用，但由于机床的结构 差别较大，所以不能一概而论浅谈数控系统振荡的排除方法本文介绍了数控机床伺服系统的控制原理及产生振荡的原因分析，提出了全闭环数控控制系统消除振荡的理论依据和方法引言数控系统的振荡现象已成为数控全闭环系统的共同性问题尤其在卧式带立柱的Z 轴和旋转数控工作台B 轴，其系统出现振荡的频率较高该问题已成为影响数控设备正常使用和高度的重要因素之一1、产生振荡的原因分析产生振荡的原因有很多，陈了机械方面存在不可消除的传动间隙、弹性变形、摩擦阻力等诸多因素外，伺服系统的有关参数的影响也是重要的一方面伺服系统有交流和直流之分，本文主要讨论直流伺服系统因参数影响引起的振荡大部分数控机床采用的是全闭环方式，其控制原理图如图1 所示。

由图 1 可看出，引起伺报系统振动的原因大致有四种情况：a. 位置环不良又引起输出电压不稳；b. 速度环不良引起的振动；c. 伺服系统可调定位器太人引起电压输出失真；d. 传动机械装置（如丝杆）间隙太大这些控制环的输出参数量失真或机械传动装置间隙太大都是引起振动的主要因素它们都可以通过伺服控制系统进行参数优化2、消除振动的基本方法有些数控伺服系统采用的是半闭环装置，而全闭环伺服系统必须是在期局部半闭环系统不发生振动的前提下进行参数调整，所以两者大同小异，本文为避免重复，暂只讨论全闭环情况下的参数优化方法2.1 降低位置环增益在伺服系统中有参考的标准值，例如FANUCO-C 系列为 3 000，西门子 3 系统为 1666，出现振荡可适当降低增益，但不能降太多，因为要保证系统的稳态误差2.2 降低负载惯量比负载惯量比一般设置在发生振动时所示参数的70%左右，如不能消除故障，不宜继续降低该参数值2.3 加入比例微积分器（PID）比例微积分器是一个多功能控制器，它个仅能有效地对电流电压信号进行比例增益，同时可调节输出信号滞后或超的问题，振荡故障有时因输出电流电压发生滞后或超前情况而产生，这时可通过PID 来调节输出电流电压相位。

2.4 采用高频抑制功能以上讨论的是有关低频振荡时参数优化方法，而有时数控系统会因机械上某些振荡原因产生反馈信号中含有高频谐波，这使输出转矩量不恒定，从而产生振动对于这种高频振荡情况，可在速度环上加入一阶低通滤波环节，即为转矩滤波器其控制原理如图2 所小图 2 表明， 速度指令与速度反馈信号经速度控制器转化为转矩信号，转矩信号通过一阶滤波环节将高频成分截止，从而得到有效的转矩控制信号通过调节参数可将机械产生的100Hz 以上的频率截止，从而达到消除高频振荡的效果2.5 采用双位置反馈功能双反馈是一种改变控制方式的方法，可在同一个系统选择半闭环或全闭环方式，其原理图如图 3 所示由图 3 可看出，误差控制器ER1 和 ER2 分别被用于全闭环和半闭环系统中一阶延时环节的传递函数为（1＋ τS ）-1，可见实际误差ER 主要取决于一阶延时环节中时间常数τ ，的取值：若 τ ＝O，则（ 1+τs）-1＝1，ER＝ER1＋（ER2－ER1）＝ ER2，可见在此情况下该系统处于全闭环控制误差，从而可以利用全闭环的误差控制方法来消除振动故障；若 τ ＝∞，则（ 1+τs）-1＝ O， ER＝ER1，可见在此情况下该系统处于半闭环控制误差，从而可以利用半闭环的误差控制方法来消除振动故障。

综上所述， 利用双位置反馈可使系统在全闭环和半闭环两种方式下进行，从而大大提高了系统的调节范围，也增加了系统的调节参数从时间常数上可知，该系统可在停止状态下进行全闭环误差调整，在过渡状态下可进行半闭环调整现以 FANUCO －C 为例，将具体参数调整过程进行简单介绍首先设置参数P84ll＃（ DPFB）为 1，即为选择双位置反馈功能；P8449 为位置反馈的最大振幅，一般设置为0；P8478（分子）和P8479（分母）为上图中位置转换环节的常数设置，可根据要求设置；P8480 为一阶延时环节的参数设置代号，其设置范围为10 ms～300 ms，一般设定为100ms 左右； P8481 为零点幅度，一般情况下为0，但因振荡可适当调高一点双位置反馈功能是一种比较灵活的误差修正方式，在系统调试过程中有很好的参数优化和保证系统稳定性的功能2.6 采用机械反馈功能在保证半闭环稳定性后，使用全闭环系统来调整系统有关参数若其机械环节引起的弹性振荡故障，需采用机械反馈环节来调整参数，可达到很好的效果其原理控制图如图4所示其中： K1V 为速度积分增益；K2V 为速度比例增益；α为机械速度反馈增益由图 4 可看出， 电机与工作台之间的弹性机械装置可能产生变形，而位置检测主要来自位置编码器，速度反馈直接来自电机编码器。

从整个全闭环过程来看，因机械弹性装置的形变产生全闭环中位置反馈滞后于其它速度环节，从而引起系统振荡如果依图4 中加入机械速度反馈环节，使机械速度滞后得到补偿，从而达到消除振荡的效果例如对于FANUCO －C 系统来说，将参数P8421＃ l 设置为 1 后就可启用机械速度反馈装置然后根据要求设置其它有关参数，可参照其系统参数说明书来调节以上主要讨论了几种消除数控系统振荡故障的基本方法，根据不同系统可选择不同的方式进行参数优化主要是要了解振荡的原因才能采取相应的消除方式进行调整，不可盲目进行参数修改，以免影响到整个系统的稳定性与可靠性3、结论本文讨论了几种消除数控振荡故障的常见方法，各种控制环节都有详细的控制理论做依据，在保证控制系统的稳定性和可靠性的同时，有效的消除振荡问题，提高生产效率当然，在有些控制环节还存在一些问题，需要以后继续加深了解和解决数控系统振荡问题是数控机床调试或运行中常见的故障，对于生产加工过程，及时处理好故障问题，以保证生产正常运行同时对于进口加工中心需要重点维护，对于出现常见的振荡问题，需要长时间的积累和对问题的理性判断才能做到有效的维护和保养所以，对于各种不同的数控系统需要采用不同的诊断方法，根据数控系统的特点制定有效的故障排除措施，提高生产运行能力，保证加工效率。