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FANUC伺服轴串联控制功能及其应用案例(二)

    在上期内容中我们了解到:

进给轴同步控制功能属于位置Tandem控制。例如龙门型加工中心,通过应用进给轴同步控制功能,同时对两台伺服电机进行位置控制,实现龙门的移动(下左图)。

    而伺服串联控制功能既可以通过扭矩Tandem功能实现,也可以通过速度Tandem功能实现。例如通过两台电机的Tandem控制,共同驱动大型机床工作台的移动(下右图)。对两者进行比较,速度Tandem功能可以对伺服轴的速度进行控制,可以更好的保证从控电机的稳定性

FANUC伺服轴串联控制功能及其应用案例(二)

 

本次我们要介绍的案例对象为大型镗床的X轴,传动机构为齿轮、齿条型,选用两台伺服电机共同驱动,并应用预加载功能对传动机构进行消隙。由于此时系统仅对主控电机进行位置控制,而从控电机仅提供驱动X轴所需的扭矩,因此应该选择扭矩Tandem或速度Tandem控制;又因为速度Tandem控制比扭矩Tandem控制能更稳定的控制从控电机,因此选择速度Tandem控制功能完成调试。

 

速度Tandem控制调试

下面对本例中涉及的调试过程给出详细说明。伺服轴X使用双伺服电机驱动,两台电机旋转方向相同。由于采用齿轮齿条传动,间隙较大,需使用预加载功能消除机械上存在的间隙,如下图所示。开始调试时,按照扭矩Tandem功能的设定方法完成相关参数的设定。

FANUC伺服轴串联控制功能及其应用案例(二)


预载转矩

通常我们尽可能设定较小的预载值,但该值应大于静摩擦转矩。作为大致标准,需设定一个等于额定转矩1/3左右的值,根据αiF30/4000电机规格,静摩擦转矩为1.8Nm,额定转矩为30Nm。综上,预载扭矩应在1.8Nm~10Nm间。

根据其要求,使用Servo Guide测量X轴电机匀速运行中的电流,可认为此时电机输出的扭矩均用来克服机械上的摩擦。测量X轴两台电机TCMD曲线波形如下所示,扭矩Tandem方式下主从电机的扭矩值始终一致。

FANUC伺服轴串联控制功能及其应用案例(二)

 

观察波形,电机匀速运行时的电流约为5A,设定电机预载电流为5A,计算此时的预载转矩。根据电机规格计算参数No.2087的设定值。

例如,在主控轴X1的参数No.2087中设定228。由于伺服电机X2X1旋转方向相同,应施加方向相反的预载值,设定从控轴X2的参数No.2087-228

执行伺服轴运行指令,使用Servo Guide测量设定预载值后的X1X2电机的TCMD曲线,如下图所示。可见,两台电机的TCMD曲线变化趋势相同,且差值基本恒定,说明预载功能已经生效,预载转矩施加方向正确。

FANUC伺服轴串联控制功能及其应用案例(二)

 

速度Tandem功能设定

由于伺服Tandem功能属于扭矩Tandem控制,由第1节中的论述可知,系统仅对从控轴的扭矩进行控制,而不对位置和速度进行控制,由此在串联运行中,两台伺服电机的实时转速可能不一致

扭矩Tandem控制下,使用Servo Guide测量两台电机的速度曲线(SPEED),如下所示。从图中可见从控电机的速度变化较主轴电机偏差较大,且呈现出类似周期性的波动,此时可推测从控电机出现振动。

FANUC伺服轴串联控制功能及其应用案例(二)

 

通过修改Servo Guide设定,对测量值微分处理(diff(vt)),进一步获得两台电机的加速度曲线,如下图所示。从速度变化规律来看,主控电机稳定在0刻度左右,但从控电机速度变化较为严重,呈现出明显的上下浮动。

FANUC伺服轴串联控制功能及其应用案例(二)

 

综上,可见扭矩Tandem功能对两台串联电机之间没有速度同步控制的作用。为获得更好的伺服Tandem控制效果,使用速度Tandem功能。由于速度Tandem功能可以对从控轴的速度进行控制,因此可以有效的解决从控轴速度不稳的问题,使主从轴之间的速度差减小。

Ø  参数设定

No.2008#1 = 1:速度Tandem功能有效(主控轴端设定)。

No.2273#1 = 1:将主控轴的速度环路积分器复制到从控轴(主从轴端均设定)。

功能生效后,使用Servo Guide测量X1轴与X2轴伺服电机的速度指令曲线,如下所示。

FANUC伺服轴串联控制功能及其应用案例(二)

 

可见在使用速度Tandem功能后,系统向主控轴与从控轴发出的速度控制指令完全一致(注意红线与蓝线的坐标值),这样从动轴的速度就得到了准确的控制,主从之间由于速度偏差引起的振动被抑制。

测量此时的TCMD曲线,主控轴与从控轴的预载功能依然生效,且两轴的TCMD曲线变化情况稳定、一致。

FANUC伺服轴串联控制功能及其应用案例(二)

 

案例总结分析

    

    根据实际案例的应用我们也可以看出,在使用速度Tandem + 速度环路积分器复制的情况下,主从伺服电机的扭矩和速度都得到控制,且能比扭矩Tandem控制更好维持从控电机的稳定性。综上,推荐在伺服轴串联控制中选择使用速度Tandem控制方式。

 

FANUC伺服轴串联控制功能及其应用案例(二)

 
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