交流伺服增益调整

交流伺服增益調整台達電子韌體工程師吳家明內容概要1.增益調整概念2.增益調整的相關參數與控制架構3.增益調整的原則4.增益調整的方法與流程5.問題討論與實機操作示範交流伺服的基本控制架構速度控制.~450Hz位制控制.~125Hz電流控制.1.8KHz編碼器脈波回授.速度估測電流檢測15KHz取樣15KHz取樣15KHz取樣影響增益調整的要素1.機台對馬達的負載慣性比2.機台的動作頻度與加工精度的要求3.機台的機械傳動剛性機台對馬達的負載慣性比的影響負載慣性比大負載慣性比小固定增益下,慣性比愈大,速度響應愈差固定增益下,慣性比愈小,速度響應愈佳設定較大的增益以維持響應,容易產生共振設定較小的增益即可維持響應,不易產生共振電流容易飽和使性能受限電流不易飽和性能不易受限馬達容易產生過負載馬達不易產生過負載容易產生回昇能量錯誤不易產生回昇能量錯誤ServoDrive馬達速度指令馬達旋轉速度速度指令電壓馬達旋轉速度Gain＝Eｏ／Ei相位延遲＝Φ增益比為（１／）＝－３ｄｂ時的頻率稱為響應頻率DeltaASDA速度響應頻率450ＨＺ2輸出輸入輸入伺服性能評估:速度頻率應答性伺服性能評估:位置定位整定時間ASDA基本伺服增益參數代號簡稱功能初值單位適用控制模式PST2-00KPP位置控制增益35rad/sO2-04KVP速度控制增益500rad/sOOO2-06KVI速度積分補償100OOKPP參數設定■位置控制增益（KPP，參數P2-00）本參數決定位置回路的應答性,KPP值設定越大對於位置命令的追隨性越佳，位置誤差量越小，定位整定時間越短，但是過大的設定會造成機台產生抖動或定位會有過衝(overshoot)的現象。π2KPP)(Hz位置回路響應頻率KVP參數設定速度控制增益（KVP，參數P2-04）本參數決定速度控制回路的應答性，KVP設越大對於速度命令的追隨性越佳，但是過大的設定容易引發機械共振。速度回路的頻率必須比位置回路的頻率高4~6倍，當位置響應頻率比速度響應頻率高時，機台會產生抖動或定位會有過衝(overshoot)的現象。π2)1(KVP)(負載慣性比速度回路響應頻率HzKVI參數設定■速度積分補償（KVI，參數P2-06）KVI越大對固定偏差消除能力越佳，過大的的設定容易引發機台的抖動，建議設定值如下：速度回路的響應頻率參數5.1)062(PKVIASDA前饋增益與外部干擾抵抗增益參數代號簡稱功能初值單位適用控制模式PST2-02KPF位置前饋增益50000.0001O2-03PFF位置前饋增益平滑常數5msecO2-07KVF速度前饋增益00.0001OO2-26DST外部干擾抵抗增益00.001OOPFG與PFF參數設定■位置前饋增益(PFG，參數P2-02)可降低位置誤差量並縮短定位的整定時間，但過大的設定容易造成定位過衝的現象；若電子齒輪比設定大於10亦容易產生噪音。■位置前饋增益平滑常數(PFF，參數P2-03)可降低電子齒輪比設定大於10所產生噪音。位置控制增益調整的效果調大增益P2-00加入前饋補償P2-02DST參數設定■外部干擾抵抗增益(DST，參數P2-26)本參數用來增加對外力的抵抗能力並降低加減速的過衝的現象。出廠值為0為一般PI控制器。若設定為非零則為PDFF控制架構。在手動模式不建議手動調整，除非是要進行PDFF自動增益結果的微調,或是利用PC增益調整軟體自動計算該增益值ASDA自動增益調整與等級設定相關參數代號簡稱功能初值單位適用控制模式PST2-32▲AUT2增益調整方式0OOO2-31AUT1自動及簡易模式設定44OOO1-37GDR對伺服馬達的負載慣量比(P2-32設3or5時才有作用)5.0timesOOOASDA共振抑制參數代號簡稱功能初值單位適用控制模式PST2-23NCF共振抑制Notchfilter1000HzOOO2-24DPH共振抑制Notchfilter衰減率0DBOOO2-25NLP共振抑制低通濾波2or5msecOOONLP參數設定■共振抑制低通濾波器（NLP，參數P2-25）負載慣性比越大，速度回路的響應頻率會下降，必須加大KVP以維持速度的響應頻率，在加大KVP的過程，可能產生機械共振音，請嘗試利用本參數將噪音消除。越大的設定對高頻噪音的改善越明顯，但是過大的設定會導致速度回路不穩定及過衝的現象，其設定建議值如下：)(41000)252(HzPNLP速度回路響應頻率參數控制架構圖積分控制(P2-06)速度增益(P2-04)共振抑制(P2-25)(P2-23)(P2-24)位置增益(P2-00)外部干擾抵抗增益(P2-26)速度估測器位置前饋增益與平滑濾波器(P2-02/P2-03)驅動器速度控制模式驅動器位置控制模式上層控器控制上層控器控制編碼器迴授電流命令脈波命令+++_++_+_位置控制方塊圖KPPPositionloopProportionalGainP2-00LPFPositionCommandFilterP1-08PositionPulseCommandKPFPositionFeedforwardgainP2-02LPFP2-03CURENTCONTROLSPEEDCONTROLMOTORN/MElectricGearRatioP1-44&P1-45du/dtDerivativeEncoderPositionFeedBack速度控制方塊圖A/DV-REFKVPSpeedloopProportionalGainP2-04KVFSpeedFeedforwardgainP2-07SP0/SP1KVIP2-06LPFJLP1-37ScurveP1-34/P1-35/P1-36InternalSpeed3P1-11InternalSpeed2P1-10InternalSpeed1P1-09LPFP1-06s1IntegratorP1-40/10SpeedEstimationCURENTCONTROLMOTORdu/dtDerivativePositionfeedbackSpeedfeedbackP2-26調機原則(一)位置響應10Hz=速度響應10Hz位置響應10Hz=速度響應50Hz位置響應10Hz=速度響應100Hz系統震盪合理設定過高的速度響應可能會引發不必要的機械共振•速度回路必需比位置回路響應快4~6倍π2KPP)(Hz位置回路響應頻率π2)1(KVP)(負載慣性比速度回路響應頻率Hz調機原則(二)正確的慣性比估測會影響增益設定的正確性,所以得到負載慣性比為增益調整的第一步驟,並由負載慣性比可事先知道馬達的選用是否合理及決定伺服響應設定的等級愈大的慣性比要得到同樣的速度響應需要設定越高的增益,但越高的增益容易引發機械共振,應此需要高響應表現的機台負載慣性比應較小450Hz接近空載300HzJL1200HzJL3100HzJL6註:本參考表格為個人在400Wmotor運用上的經驗,並非性能規格調機原則(三)動作頻度越高的機台需要愈好的伺服響應配合精度要求越高的機台需要愈好的伺服響應配合愈好的伺服響應需要設定較高位置或速度回路的響應頻率,在多軸的補間的運用,每一軸應設定相同的響應頻率,減少輪廓誤差調機原則(四)•最佳的伺服響應設定是在機台的性能與機械共振間得到一平衡點當性能與共振有衝突時才使用notchfilter處理共振問題•高響應的伺服需要高剛性的機構配合因此,使用者必須自行選擇出最適合機台的響應頻率增益調整模式0:手動模式1:簡易模式2:自動模式(持續調整)3:自動模式(負載慣量比固定,頻寬可調整)4:自動模式(持續調整)5:自動模式(負載慣量比固定,頻寬可調整)增益調整方式(參數P2-32)增益調整方式選擇增益調整模式P2-32使用時機軟體版本手動增益調整0(出廠)■自動增益結果微調■進階使用者手動調整■搭配PC調機小工具調整無限制簡易增益調整1■負載慣性比變化範圍大且變動劇烈無限制PI自動增益調整(慣量持續估測)2■未知機台慣性比的初次調機(軟體版本V1.011以前)■慣性比不固定但變化緩慢無限制PI自動增益調整(慣量由P1-37設定)3■慣性比已知且不想使用手動調整■模式2調機完成後,用來固定增益無限制PDFF自動增益調整(慣量持續估測)4■適合入門者操作■未知機台慣性比的初次調機■慣性比不固定但變化緩慢V1.012以上PDFF自動增益調整(慣量由P1-37設定)5■適合入門者操作■慣性比已知且不想使用手動調整■模式4調機完成後,用來固定增益V1.012以上增益調整模式P2-32自動設定的參數使用者自行調整的參數增益狀態手動增益調整固定0(出廠)無P2-00(位置控制增益)P2-04(速度控制增益)P2-06(速度積分補償)P2-25(共振抑制低通濾波)固定簡易增益調整1P2-04P2-06P2-26P2-31X值(剛性等級)P2-00(位置控制增益)P2-25(共振抑制低通濾波)固定PI自動增益調整(慣量持續估測)2P2-00P2-04P2-06P2-31Y值(應答等級)P2-25(共振抑制低通濾波)持續調整PI自動增益調整(慣量由P1-37設定)3P2-00P2-04P2-06P1-37(負載慣性比)P2-31Y值(應答等級)P2-25(共振抑制低通濾波)固定PDFF自動增益調整(慣量持續估測)4P2-00,P2-04,P2-06,P2-25,P2-26P2-31Y值(應答等級)持續調整PDFF自動增益調整(慣量由P1-37設定)5P2-00,P2-04,P2-06,P2-25,P2-26P1-37(負載慣性比)P2-31Y值(應答等級)固定增益調整模式與參數關係PDFF與PI自動增益調整模式比較PI自動增益調整ProportionalIntegralPDFF自動增益調整Pseudo-DerivativeFeedbackandFeedforwardP2-25共振抑制低通濾波不自動調整自動調整，可有效降低馬達噪音P2-26外部干擾抵抗增益不自動調整自動調整，在高慣性比的低響性設定時,減少overshoot,並縮短整定時間位置與速度響應速度快位置六倍速度快位置4~5倍,在同樣的速度響應下,位置的整定時間更短。對外力干擾比PDFF差比PI佳頻寬等級0~9,十等級設定A以上與9同0~F十六等級設定與PC增益調整的比較有差異,少了P2-25與P2-26的調整非常接近PDFF與PI速度響應等級比較表Ｐ2-31Y值PI自動增益速度響應PDFF自動增益速度響應020Hz20Hz130Hz30Hz240Hz40Hz360Hz50Hz485Hz(出廠等級)60Hz(出廠等級)5120Hz70Hz6160Hz80Hz7200Hz100Hz8250Hz120Hz9300Hz140HzA300Hz160HzB300Hz180HzC300Hz200HzD300Hz220HzE300Hz260HzF300Hz300HzPDFF與PI的比較PDFFPI典型的調機步驟利用上層命令或參數P4-05或PC軟體進行慣性比估測設定響應等級觀察性能表現排除機械共振完成負載慣量估測的限制1.到達2000RPM之加減速時間需在1秒以下。2.回轉速需在200RPM以上。3.負載慣量需為馬達慣量的100倍以下。4.外力或慣性比變化不得太劇烈。5.自動增益模式（固定慣量P2-32為3或5），負載慣量停止估測。6.負載慣性比估測值，斷電不儲存，每次重上電，參數P1-37為負載慣性比估測的初始值。但以下兩種狀況，負載慣性比估測值會自動存入參數P1-37：(1)當由自動模式2切換至自動模式3。(2)當由自動模式4切換至自動模式5。調機的軟體工具高速即時波形監看軟體慣性比估測與增益調整軟體PC增益調整軟體說明(1/2)2)請務必依據使用的機種設定，可由驅動器右側標籤分辨機種。3)輸入機台對馬達的負載慣性比，此數值如何得知，請參考下一頁說明。1)選擇連接線的通訊埠位置,並參考驅動器的通訊協定設定Buad/Station/Protocol4)B.W