西门子802D_SL系统驱动优化在卧车上的应用

　　摘要：阐述siemens802dsl数控系统驱动优化原理、步骤、作用及在卧车中的应用。
　　关键词：siemens802dsl数控系统 驱动优化 增益
　　
　　为保证我厂研制的数控重型卧车的各个伺服轴响应速度更快，加工速度更均匀，在加工工艺、工件材质、机械刚性等都不变的情况下，加工出来的刀纹更清晰，工件表面更加光滑。我厂在使用西门子802d_sl数控系统时进行了驱动优化，尽可能提高系统的动态和静态特性。
　　802d sl控制器的优化是借助于其调试软件（starter或startup-tool），通过系统时域及频域特性的分析，选择相应的控制方式和参数来实现的。对于整个控制系统来说，包括电流控制器，速度控制器和位置控制器，由这些控制器对相应环路进行控制。用来进行控制器调试的工具有两种，一为startup-tool，另一个为starter。前者属于数控系统调试的软件，特点是它可以对nc参数和驱动器参数进行修改，可以用它来优化位置环，速度环，电流环。后者属于驱动调试工具，其不能修改nc参数和进行位置环优化，但在驱动调试上比startup-tool更专业。建议对于一般要求的控制器优化采用startup-tool，可以参考其自动优化功能对速度环进行优化，再进行位置环优化和圆度测试。
　　驱动优化的原理：伺服轴是由电流环，速度环和位置环组成，一般来说位置环是一个简单的比例调节器，因而调节起来比较简单，速度环和电流环是由比例积分调节器组成，是驱动的核心部分，因而速度环又是驱动优化的调整重点。驱动优化的关键是提高速度环的动态特性，而提高动态特性的关键又在于提高速度环比例环节的增益，降低积分环节的时间常数。
　　驱动轴正常工作时，根据电机的速度可以推算出输出到电机的电源的频率，一般都较低，在几十到几百赫兹左右。但在系统加减速过程中，输出到电机的电源频率会有很宽的范围，一般能到千赫左右。在波特图中，当幅值比从0db往下降且相位滞后接近180时，这个频率称为拐点频率。这个频率越高，驱动的动态特性越好，反之越低。驱动优化的过程就是尽量让拐点频率提高，让幅值比的线更接近于0db。增加速度环的增益会使波特图线往上翘。这时如果能采取相应的办法把尖峰去掉，就能达到既增加速度环增益有不影响系统的稳定的目的。数控系统能通过添加相应的电子滤波器的方法来把尖峰去掉。
　　使用startup-tool软件进行驱动优化（只介绍自动优化）：
　　1.启动接口设定软件nc connect wizard ,设定与系统通讯参数。
　　2.将机床执行返回参考点操作，然后将轴移动到床身中间位置，在电脑上启动startup-tool进行自动优化。
　　3.选择optimiz/test,通过垂直软件axis+和 axis-选择要进行优化的轴，单击tting进入自动优化画面。
　　4.将驱动使能设置为不受plc控制，设置行程监控有效，并将行程范围限制在安全区域内，选择需要的优化模式，单击start开始自动优化的第一步测量，会弹出"start mecanical system measurement part 1"对话框，检查轴运动路径上是否有干涉，没有单击"ok".再次确定机床安全后，单击机床控制面板上的循环启动按键，此时轴会有移动，并发出噪音。
　　5. 第1步测量结束后，系统开始进行第2步测量，操作步骤同第1步，第2步测量结束后，开始电流环测量，测量步骤与前两步测量相同。注意：垂直轴要防止轴下坠。电流环测量结束后，系统开始计算控制器参数，单击"ok".系统会将计算后的参数与参数原有值同时显示出来，保存参数。系统会重新测量速度环特性，并显示出速度环波特图。
　　一般自动优化出来的结果并不理想，大部分情况还需要手动进行调整，速度控制器比例增益（kp,md1460）的默认值是基于电机的型号，速度控制器的积分时间（tn，md1462）的默认值是 10ms，增益 kp积分时间 tn都是在调试阶段选择好驱动和电机后通过拓扑识别后自动装载到相应参数的，此默认值为了保证在大多数机械状况下，驱动上电后，电机不会 “嗡嗡叫 ”但是我们优化的目的是为了在机械允许的情况下获得更好的机械特性曲线，因此可以根据实际情况手动调节速度控制器的增益 kp1460和积分时间 tn1462，参考频率响应反映了在一定频率范围内实际速度值对设定值的跟随性，幅频曲线中的 0db说明速度实际值与设定值具有同样的幅值，相频曲线中的 0相位说明实际值没有滞后，kp和 tn的设定会影响幅频和相频曲线，如果

积分时间 tn的值大于 50ms,这时积分时间是无效的，可以单独的调整增益 kp，尽量使幅频曲线中 0db线延伸到更高的频率。
　　另外，如果系统的响应比较慢，跟随特性比较差，可以利用增加前馈控制来实现，32620 ffw_mode =3激活前馈控制，然后通过 md32810的大小来进行调节。位置环增益 32200与轴的加速度相关，位置环机床参数优化结果直接影响到零件加工的跟随误差的大小，位置环增益和加速度设置过大时，会引起机床的振动，也会使机床在起停时对丝杆有强烈的冲击，并且会有轮廓监控的报警出现。
　　6. 进行圆度测试，调整各轴之间配合，使各个有插补关系的轴跟随误差相同。影响圆度测试的因素: 位置环增益、 轴的加速度、 轴的摩擦、 机械反向间隙。
　　7. 打开伺服轨迹功能跟踪系统的一些重要参数，并利用跟踪结果进行一些故障诊断或简单的优化调整。
　　当机床的圆度测试合格后，优化的过程就基本完成了，但是在具体加工的时侯可能还是达不到要求，这时需要根据具体的情况具体处理，总之优化需要有丰富的实践经验，有时甚至还需要有切削加工等方面的知识，只有这样才能最终得好的加工效果。
　　参考文献：
　　1、《80dsl调试手册》
　　2、《802dsl功能说明》

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