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試析數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的性能調(diào)整與改進
蘇州大學(xué)機電工程學(xué)院 如東中等專業(yè)學(xué)校 王九高 2018/9/14 14:24:58
摘要：數(shù)控機床要提高工作效率，增加數(shù)控機床加工時的正確率，降低返工的成本，就需要對影響數(shù)控機床加工的伺服系統(tǒng)有所了解，尤其是對伺服系統(tǒng)的性能有所研究，才能達(dá)到促進數(shù)控機床工作質(zhì)量的效果，同時還要對影響伺服系統(tǒng)性能工作的各項因素有所分析，找到能夠改進伺服系統(tǒng)性能的方法和措施，提升伺服系統(tǒng)的性能運行，因此，本文試圖對伺服系統(tǒng)的性能展開研究，以此來提高數(shù)控機床加工的速度，保證數(shù)控機床工作的質(zhì)量，為伺服系統(tǒng)的研究提供參考。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；伺服系統(tǒng)；性能調(diào)整；改進方法
就數(shù)控機床的運行來說，很大部分的動力來自伺服系統(tǒng)，因此，要提升數(shù)控機床的性能，就不得不去研究伺服系統(tǒng)的性能，尤其是伺服系統(tǒng)在穩(wěn)定性、便捷性以及精確度方面的性能如果得到很好的發(fā)揮能夠有效的提升數(shù)控機床的工作運行。
一、分析數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的性能
數(shù)控機床中的伺服系統(tǒng)涵蓋面廣，且數(shù)量眾多，就當(dāng)前的應(yīng)用來看，交流伺服系統(tǒng)的運用較為普遍，而伺服系統(tǒng)在數(shù)控機床加工中的作用在于能夠以較快速度復(fù)制出輸入的距離，同時，伺服系統(tǒng)在實際工作中要做到如此，主要在三個環(huán)節(jié)的合作下才能發(fā)揮作用，包括電流、速度以及位置上的控制環(huán)系統(tǒng)是伺服系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，因為只有具有三環(huán)控制環(huán)的系統(tǒng)才能輸出較好的波形，速度環(huán)和位置環(huán)分別控制速度以及位置，且要判斷伺服系統(tǒng)的運行效果是否是最好的，需要根據(jù)穩(wěn)定性、動態(tài)性以及穩(wěn)態(tài)性的特點來觀察。
二、針對伺服系統(tǒng)的性能調(diào)整分析
就交流伺服系統(tǒng)來說，只有與機械完成高匹配才能很好的運行，但要實現(xiàn)交流伺服系統(tǒng)與機械的匹配是一件不易的事，因為伺服系統(tǒng)中的速度環(huán)和位置環(huán)處于不同的增益狀態(tài)下，一般而言，用戶不能準(zhǔn)確的將機器使用時的位置環(huán)與速度環(huán)達(dá)到平衡的增益狀態(tài)。因為位置環(huán)增益的時候，速度環(huán)不一定同時向相向的方向進行增益，反而會引起速度環(huán)產(chǎn)生影響，出現(xiàn)振蕩的現(xiàn)象。
1、控制好伺服系統(tǒng)的位置
在伺服系統(tǒng)的位置控制方面主要采取數(shù)字來加以控制，保證位置的增益隨著機器的運行來發(fā)展，但同時位置的增益又與機器的剛性有聯(lián)系，剛性較高時，位置的增益較大，機器的響應(yīng)相應(yīng)也會較高；而當(dāng)處于剛性適中或較低時，對位置的增益來說就不適宜設(shè)置得較高。
2、控制好伺服系統(tǒng)的速度
對數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)而言，其運行時的動態(tài)性與機械的負(fù)載狀況有關(guān)，而要提高伺服系統(tǒng)的動態(tài)性的性能就需要考慮機器的負(fù)載能力，對此，可采用PI和IP兩種形式來促進動態(tài)性能的發(fā)展。就IP控制而言主要以處理積分項為主，而PI的差異在積分器上，PI除了處理積分項外，還要控制比例項[1]。
三、調(diào)整伺服系統(tǒng)性能的方法
由上述對伺服系統(tǒng)的性能所展開的分析來看，發(fā)現(xiàn)伺服系統(tǒng)主要在位置以及速度上的差異，因此要遵守將位置環(huán)與速度環(huán)的增益同時加以調(diào)整的原則，同時還要提升伺服系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)的調(diào)整方法：
1、滿足位置環(huán)增益的低值要求
對伺服系統(tǒng)的性能展開調(diào)整，要保證位置環(huán)處于較低數(shù)值的范圍上，同時還要根據(jù)機器的響聲以及振蕩來判斷速度環(huán)應(yīng)該處于何種數(shù)值上，才能使二者處于相互和諧的運行狀態(tài)。此外，在調(diào)整速度環(huán)時要考慮機器的負(fù)載量，因為只有負(fù)載量以及傳動鏈之間的數(shù)值能夠?qū)λ俣拳h(huán)產(chǎn)生影響。
2、慢慢改善速度環(huán)的增益數(shù)值
在機器的剛性以及負(fù)載量不清楚的情況下，對伺服系統(tǒng)進行調(diào)整工作時，需要調(diào)整位置環(huán)。然后再調(diào)整速度環(huán)的增益，并且最后要將位置環(huán)與速度環(huán)的增益保持在較適宜的數(shù)值。促進伺服系統(tǒng)達(dá)到平衡的狀態(tài)[2]。
四、改進伺服系統(tǒng)性能的措施
1、利用觀測器改進伺服系統(tǒng)
對改進伺服系統(tǒng)性能的措施來說，需要及時的引入相關(guān)的系統(tǒng)裝置幫助改進，利用觀測器來實現(xiàn)目的就是較好的改進措施，觀測器具備消除高頻率的振動，促進速度環(huán)工作的功能，尤其是在數(shù)控機床機器中，觀測器能夠改變速度以防止振蕩對速度造成的干擾，并且由于實際的觀察過程中不存在實際的速度分量，所以觀測器能夠很好的被利用來改善振蕩給速度環(huán)帶來的影響。就觀測器實際運行時，需要對速度進行估算，以便能夠及時的控制速度，形成反饋信息，并且干擾轉(zhuǎn)矩會對高頻振動產(chǎn)生影響，增大速度增益時的幅度，造成一定階段的振動，而觀測器能夠很好的將高頻率的電動及時化解，低頻的成分則能發(fā)出反饋信息[3]。
2、控制伺服系統(tǒng)的前饋
根據(jù)伺服系統(tǒng)的前饋運行特征來看，前饋控制能夠較好的是位置增益與速度增益處于相對平衡的狀態(tài)，并且對機器的相應(yīng)的速度以及位置都能很好的檢測，促進伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能運行，有效的保證了數(shù)控機床加工的質(zhì)量，將位置環(huán)與速度環(huán)之間的矛盾降低到最小。除此之外，在伺服系統(tǒng)的速度環(huán)上同樣設(shè)有前（未完，下一頁）
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