驱动速度环优化的应用

在数控设备中，为了满足加工件的要求，需要对某些轴或某个轴进行驱动优化。

驱动优化有自动优化和手动优化，当自动优化后还是不能满足加工件的要求时，除了检测机械，常常还需要对某些轴或某个轴进行手动优化。其中速度优化是一个非常重要的一个环节，下面针对速度环的优化原理，优化过程中的注意事项，并结合一个实例做一个介绍。

驱动控制原理：

西门子驱动器控制框图如下，由电流环、速度环、位置环构成 。对采用西门子标准驱动和电机的控制系统，从大多数应用看，通过自动优化都能满足。在一些特殊情况下，往往还需要对速度环做进一步细致的优化。

速度环驱动优化的测试：

西门子 HMI 界面提供了驱动优化的菜单，有自动优化，也有电流环、速度环、位置环的优化。下图是速度环参考频率响应测试和速度控制系统测试的测试点。

速度环包含的几种测试方法：

1，Ref. Frequency response 参考频率响应，用于优化速度环增益、积分时间、电流滤波器。

2，Setpoint step change 指令阶跃，分析阶跃信号响应，检查增益设定。

3，Disturbance step change 扰动阶跃，测试对力矩信号或负载突变时的响应，检查积分时间设定。

4，Speed control system 速度控制系统，测试机械系统的开环频率响应，判定共振频率极点和零点。

5，Mechanical Frequency 机械频率测试，需要配置第二测量系统光栅，测试机械系统自然频率。

参考频率响应测试：

根据测试的幅频特性曲线和相频特性曲线，优化速度环的比例增益和积分时间以及添加适当的电流指令滤波器。

添加带阻滤波器：

通过速度控制器测试添加带阻滤波器尽可能消除极点，使极点幅值低于3db.

驱动参数设定：

HMI 画面可直接添加低通或带阻滤波器，根据测试的伯德图输入滤波器的特征频率、带宽、阻尼等参数，反复调整，尽可能提高速度环增益和降低积分时间，增加 0db 曲线的带宽。

优化案例

云南曲靖一用户砂轮轴电机偶然有沉闷的嗡嗡声，几分钟后声音正常。机床厂家维护人员检查机械传动和连接，没有发现问题，观察电机的温度，电流等都无异常。

通过测试速度环参考频率响应，发现在 400HZ 和 800HZ 处有两个极点超出 0DB，容易引发共振，引起电机沉闷的嗡嗡声。在 400HZ 和 800HZ 处添加带阻滤波器后该现象消除。