數(shu)控(kong)機(ji)床系統(tong)為(wei)何(he)會(hui)產(chan)生(sheng)振(zhen)動爬行

　　機(ji)床的振(zhen)蕩(dang)故(gu)障(zhang)通常發生(sheng)在機(ji)械(xie)部(bu)分和進給(gei)伺服(fu)系(xi)統。產(chan)生(sheng)振(zhen)蕩(dang)的原因(yin)有(you)很(hen)多(duo)，陳(chen)了(le)機(ji)械(xie)方(fang)面(mian)存在不可消除的(de)傳動間(jian)隙(xi)、彈(dan)性變(bian)形(xing)、摩(mo)擦(ca)阻力(li)等(deng)諸多(duo)因(yin)素(su)外，伺服(fu)系(xi)統的有(you)關(guan)參(can)數(shu)的(de)影(ying)響也是(shi)重要(yao)的(de)壹(yi)方(fang)面(mian)。伺服(fu)系(xi)統有(you)交流(liu)和直(zhi)流(liu)之分，本文主(zhu)要(yao)討(tao)論(lun)直(zhi)流(liu)伺服(fu)系(xi)統因(yin)參(can)數(shu)影(ying)響引起(qi)的振(zhen)蕩(dang)。大部分數(shu)控(kong)機(ji)床采(cai)用的是(shi)全閉(bi)環(huan)方(fang)式(shi)。
　　
　　引起(qi)伺服(fu)系(xi)統振(zhen)動的原(yuan)因(yin)大(da)致有(you)四(si)種(zhong)情況(kuang)：a位置環(huan)不良(liang)又(you)引起(qi)輸出(chu)電壓不穩；b速度環(huan)不良(liang)引起(qi)的振(zhen)動；c伺服(fu)系(xi)統可調定位(wei)器太大(da)引起(qi)電壓輸出(chu)失真(zhen)；d傳動機(ji)械(xie)裝(zhuang)如(ru)絲(si)杠間(jian)隙(xi)太大(da)。這(zhe)些控制環(huan)的(de)輸出(chu)參(can)數(shu)失(shi)真(zhen)或(huo)機(ji)械(xie)傳動裝置(zhi)間(jian)隙(xi)太大(da)都(dou)是(shi)引起(qi)振(zhen)動的主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)。它(ta)們都(dou)可以通過伺服(fu)控(kong)制系統進行參(can)數(shu)優(you)化。
　　
　　應該如何(he)進行消(xiao)除振(zhen)蕩(dang)？
　　
　　1.閉(bi)環(huan)伺服(fu)系(xi)統造(zao)成的(de)振(zhen)蕩(dang)：有(you)些(xie)數(shu)控(kong)伺服(fu)系(xi)統采(cai)用的是(shi)半閉(bi)環(huan)裝(zhuang)置，而(er)全閉(bi)環(huan)伺服(fu)系(xi)統必(bi)須(xu)是(shi)在其局(ju)部半閉(bi)環(huan)系(xi)統不發生(sheng)振(zhen)蕩(dang)的前提(ti)下(xia)進行參(can)數(shu)調(tiao)整(zheng)，所以兩者(zhe)大(da)同小(xiao)異，本(ben)文只(zhi)討論(lun)全閉(bi)環(huan)情(qing)況下(xia)的(de)參(can)數(shu)優(you)化方法。
　　
　　2.降(jiang)低(di)位(wei)置環(huan)增(zeng)益：在伺服(fu)系(xi)統中有(you)參(can)考的標(biao)準(zhun)值，例如FANUC0-C系列為3000，西(xi)門子(zi)3系(xi)統(tong)為(wei)1666，出(chu)現振(zhen)蕩(dang)可適當(dang)降(jiang)低(di)增(zeng)益，但(dan)不能降太多(duo)，因(yin)為(wei)要(yao)保(bao)證(zheng)系(xi)統(tong)的穩態誤(wu)差(cha)。
　　
　　3.降(jiang)低(di)負(fu)載(zai)慣量(liang)比(bi)：負(fu)載(zai)慣量(liang)比(bi)壹(yi)般(ban)設置在發生(sheng)振(zhen)動時所示參(can)數(shu)的(de)70%左右(you)，如不能消除故(gu)障(zhang)，不宜繼(ji)續(xu)降(jiang)低(di)該參(can)數(shu)值(zhi)。
　　
　　4.加入比(bi)例微積(ji)分器（PID）：比(bi)例微積(ji)分器是(shi)壹(yi)個(ge)多(duo)功(gong)能控制器，它(ta)不僅(jin)能有(you)效(xiao)地(di)對(dui)電流電(dian)壓信號(hao)進行比(bi)例增(zeng)益，同(tong)時(shi)可調節輸出(chu)信號(hao)滯(zhi)後成(cheng)超(chao)前的問(wen)題，振(zhen)蕩(dang)故(gu)障(zhang)有(you)時(shi)因(yin)輸(shu)出(chu)電流(liu)電(dian)壓發生(sheng)滯後成(cheng)超(chao)前情況(kuang)而(er)產(chan)生(sheng)，這(zhe)時可通過PID來調(tiao)節輸出(chu)電流(liu)電(dian)壓相位。
　　
　　5.采(cai)用高頻(pin)抑制功(gong)能：以上討(tao)論(lun)的(de)是(shi)有(you)關(guan)低(di)頻(pin)振(zhen)蕩(dang)時參(can)數(shu)優(you)化方法，而(er)有(you)時(shi)數(shu)控(kong)系統會因(yin)機(ji)械(xie)上(shang)某(mou)些振(zhen)蕩(dang)原因(yin)產(chan)生(sheng)反(fan)饋信(xin)號(hao)中(zhong)含(han)有(you)高頻(pin)諧波，這(zhe)使輸出(chu)轉矩裏不恒定，從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)振(zhen)動。對(dui)於這(zhe)種高頻(pin)振(zhen)蕩(dang)情況，可在速度環(huan)上(shang)加入壹(yi)階低(di)通濾波環(huan)節，即(ji)為(wei)轉矩濾波器。
　　
　　速度指令與(yu)速度反(fan)饋信(xin)號(hao)經(jing)速度控制器轉化(hua)為(wei)轉矩信號(hao)，轉矩信號(hao)通過壹(yi)階濾(lv)波環(huan)節將高頻(pin)成分截止，從(cong)而(er)得到(dao)有(you)效(xiao)的(de)轉矩控制信號(hao)。通過調節參(can)數(shu)可將機(ji)械(xie)產(chan)生(sheng)的100Hz以上的(de)頻(pin)率截止，從(cong)而(er)達到(dao)消(xiao)除高頻(pin)振(zhen)蕩(dang)的效果(guo)。綜上所述(shu)，利用(yong)雙(shuang)位(wei)反(fan)饋可使系(xi)統(tong)在全閉(bi)環(huan)和半閉(bi)環(huan)兩(liang)種方式(shi)下(xia)進行，從(cong)而(er)大大(da)提(ti)高了(le)系統(tong)的調節範圍(wei)，也增(zeng)加了(le)系統(tong)的調節參(can)數(shu)。從(cong)時間(jian)常數(shu)上(shang)可知(zhi)，該系統可在停止狀態下(xia)進行全閉(bi)環(huan)誤(wu)差(cha)調(tiao)整(zheng)，在過渡狀態下(xia)可進行半閉(bi)環(huan)調(tiao)整(zheng)。現以FANUC0-C為例(li)，將具體參(can)數(shu)調(tiao)整(zheng)過程進行簡單介紹(shao)。首先設(she)參(can)數(shu)P8411#（DPFB）為(wei)1，即(ji)為(wei)選(xuan)擇(ze)雙位(wei)置反(fan)饋功(gong)能；P8499為位置反(fan)饋的(de)zui大(da)振(zhen)幅，壹(yi)般(ban)設置為0；P8478（分子(zi)）和P8479（分母）為中(zhong)位轉換(huan)環(huan)節的常數(shu)設(she)置，可根據要(yao)求(qiu)設(she)置(zhi)；P8480為(wei)壹(yi)階延時環(huan)節的參(can)數(shu)設(she)置代號(hao)，其設(she)置(zhi)範圍(wei)為(wei)：10~300mS，壹(yi)般(ban)設定為(wei)100mS左右(you)；P8481為零點幅度，壹(yi)般(ban)情況下(xia)為(wei)0，但因(yin)振(zhen)蕩(dang)可適當(dang)調(tiao)高壹(yi)點(dian)。雙(shuang)位反(fan)饋功(gong)能是(shi)壹(yi)種(zhong)比(bi)較靈活的(de)誤(wu)差(cha)修正方(fang)式(shi)，在系(xi)統(tong)調試(shi)過程中(zhong)有(you)很(hen)好(hao)的(de)參(can)數(shu)優(you)化和保(bao)證系統(tong)穩(wen)定性的(de)功(gong)能。
　　
　　數(shu)控(kong)系統的振(zhen)蕩(dang)現象(xiang)已(yi)成(cheng)為(wei)數(shu)控(kong)全閉(bi)環(huan)系(xi)統的共(gong)同(tong)性問(wen)題。系統振(zhen)蕩(dang)時會造(zao)成機(ji)床產(chan)生(sheng)爬行與(yu)振(zhen)動故(gu)障(zhang)，尤其在臥式(shi)帶(dai)立柱的軸(zhou)和旋(xuan)轉數(shu)控(kong)工作臺軸(zhou)其系(xi)統(tong)出(chu)現振(zhen)蕩(dang)的頻(pin)率較(jiao)高。該問(wen)題已(yi)成(cheng)為(wei)影(ying)響數(shu)控(kong)設備(bei)正常使用的重要(yao)因(yin)素(su)之壹(yi)。