試析數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的性能調(diào)整與改進(jìn)

王九高

摘 要：數(shù)控機(jī)床要提高工作效率，增加數(shù)控機(jī)床加工時(shí)的正確率，降低返工的成本，就需要對(duì)影響數(shù)控機(jī)床加工的伺服系統(tǒng)有所了解，尤其是對(duì)伺服系統(tǒng)的性能有所研究，才能達(dá)到促進(jìn)數(shù)控機(jī)床工作質(zhì)量的效果，同時(shí)還要對(duì)影響伺服系統(tǒng)性能工作的各項(xiàng)因素有所分析，找到能夠改進(jìn)伺服系統(tǒng)性能的方法和措施，提升伺服系統(tǒng)的性能運(yùn)行，因此，本文試圖對(duì)伺服系統(tǒng)的性能展開(kāi)研究，以此來(lái)提高數(shù)控機(jī)床加工的速度，保證數(shù)控機(jī)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(jī)床；伺服系統(tǒng)；性能調(diào)整；改進(jìn)方法

就數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行來(lái)說(shuō)，很大部分的動(dòng)力來(lái)自伺服系統(tǒng)，因此，要提升數(shù)控機(jī)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(jī)床的工作運(yùn)行。

一、分析數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的性能

數(shù)控機(jī)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(lái)看，交流伺服系統(tǒng)的運(yùn)用較為普遍，而伺服系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)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(shí)，伺服系統(tǒng)在實(shí)際工作中要做到如此，主要在三個(gè)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?yàn)橹挥芯哂腥h(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(yùn)行效果是否是最好的，需要根據(jù)穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)性以及穩(wěn)態(tài)性的特點(diǎn)來(lái)觀察。

二、針對(duì)伺服系統(tǒng)的性能調(diào)整分析

就交流伺服系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，只有與機(jī)械完成高匹配才能很好的運(yùn)行，但要實(shí)現(xiàn)交流伺服系統(tǒng)與機(jī)械的匹配是一件不易的事，因?yàn)樗欧到y(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(jī)器使用時(shí)的位置環(huán)與速度環(huán)達(dá)到平衡的增益狀態(tài)。因?yàn)槲恢铆h(huán)增益的時(shí)候，速度環(huán)不一定同時(shí)向相向的方向進(jìn)行增益，反而會(huì)引起速度環(huán)產(chǎn)生影響，出現(xiàn)振蕩的現(xiàn)象。

（一）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(lái)加以控制，保證位置的增益隨著機(jī)器的運(yùn)行來(lái)發(fā)展，但同時(shí)位置的增益又與機(jī)器的剛性有聯(lián)系，剛性較高時(shí)，位置的增益較大，機(jī)器的響應(yīng)相應(yīng)也會(huì)較高；而當(dāng)處于剛性適中或較低時(shí)，對(duì)位置的增益來(lái)說(shuō)就不適宜設(shè)置得較高。

（二）控制好伺服系統(tǒng)的速度

對(duì)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)而言，其運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)性與機(jī)械的負(fù)載狀況有關(guān)，而要提高伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性的性能就需要考慮機(jī)器的負(fù)載能力，對(duì)此，可采用PI和IP兩種形式來(lái)促進(jìn)動(dòng)態(tài)性能的發(fā)展。就IP控制而言主要以處理積分項(xiàng)為主，而PI的差異在積分器上，PI除了處理積分項(xiàng)外，還要控制比例項(xiàng)。[1]

三、調(diào)整伺服系統(tǒng)性能的方法

由上述對(duì)伺服系統(tǒng)的性能所展開(kāi)的分析來(lái)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(shí)加以調(diào)整的原則，同時(shí)還要提升伺服系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)的調(diào)整方法：

（一）滿足位置環(huán)增益的低值要求

對(duì)伺服系統(tǒng)的性能展開(kāi)調(diào)整，要保證位置環(huán)處于較低數(shù)值的范圍上，同時(shí)還要根據(jù)機(jī)器的響聲以及振蕩來(lái)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(yùn)行狀態(tài)。此外，在調(diào)整速度環(huán)時(shí)要考慮機(jī)器的負(fù)載量，因?yàn)橹挥胸?fù)載量以及傳動(dòng)鏈之間的數(shù)值能夠?qū)λ俣拳h(huán)產(chǎn)生影響。

（二）慢慢改善速度環(huán)的增益數(shù)值

在機(jī)器的剛性以及負(fù)載量不清楚的情況下，對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整工作時(shí)，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(jìn)伺服系統(tǒng)達(dá)到平衡的狀態(tài)。[2]

四、改進(jìn)伺服系統(tǒng)性能的措施

（一）利用觀測(cè)器改進(jìn)伺服系統(tǒng)

對(duì)改進(jìn)伺服系統(tǒng)性能的措施來(lái)說(shuō)，需要及時(shí)的引入相關(guān)的系統(tǒng)裝置幫助改進(jìn)，利用觀測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)目的就是較好的改進(jìn)措施，觀測(cè)器具備消除高頻率的振動(dòng)，促進(jìn)速度環(huán)工作的功能，尤其是在數(shù)控機(jī)床機(jī)器中，觀測(cè)器能夠改變速度以防止振蕩對(duì)速度造成的干擾，并且由于實(shí)際的觀察過(guò)程中不存在實(shí)際的速度分量，所以觀測(cè)器能夠很好的被利用來(lái)改善振蕩給速度環(huán)帶來(lái)的影響。就觀測(cè)器實(shí)際運(yùn)行時(shí)，需要對(duì)速度進(jìn)行估算，以便能夠及時(shí)的控制速度，形成反饋信息，并且干擾轉(zhuǎn)矩會(huì)對(duì)高頻振動(dòng)產(chǎn)生影響，增大速度增益時(shí)的幅度，造成一定階段的振動(dòng)，而觀測(cè)器能夠很好的將高頻率的電動(dòng)及時(shí)化解，低頻的成分則能發(fā)出反饋信息。[3]

（二）控制伺服系統(tǒng)的前饋

根據(jù)伺服系統(tǒng)的前饋運(yùn)行特征來(lái)看，前饋控制能夠較好的是位置增益與速度增益處于相對(duì)平衡的狀態(tài)，并且對(duì)機(jī)器的相應(yīng)的速度以及位置都能很好的檢測(cè)，促進(jìn)伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能運(yùn)行，有效的保證了數(shù)控機(jī)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)有前饋的功能，以發(fā)揮前饋對(duì)伺服系統(tǒng)改進(jìn)的作用，速度與位置之間可利用機(jī)器上速度的響應(yīng)功能，來(lái)設(shè)定更為準(zhǔn)確的前饋系數(shù)保證位置增益得到較好的控制。

五、總結(jié)

數(shù)控機(jī)床要實(shí)現(xiàn)高效率的加工作業(yè)，需要加強(qiáng)對(duì)伺服系統(tǒng)性能的調(diào)整力度，就伺服系統(tǒng)的調(diào)整分析來(lái)看，在位置環(huán)和速度環(huán)上的增益直接影響伺服系統(tǒng)發(fā)揮作用，因此，需要提出改進(jìn)二者之間的關(guān)系的有效措施，提升對(duì)伺服系統(tǒng)的調(diào)整能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋春雷.數(shù)控機(jī)床伺服參數(shù)調(diào)整方法[J].安陽(yáng)工學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，16（2）：14-16.

[2]魏勝.數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)原理分析與性能調(diào)整[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2010（5）：81-82.

[3]陳飛飛.數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)調(diào)整技術(shù)[J].電子制作，2014（9）：122.