伺服调整的基础知识
一、为什么需要进行伺服调整
<1>为了获得机械的高响应性
通常情况下，伺服和主轴的标准参数，能够满足一般的机械负载量，然而对于不同的机械负载惯量（机械的结构和规格的不同，或是追求高精度的定位，高效快速的定位等要求）这些参数是满足不了的。因此需要根据机械规格的不同来采样，寻找最佳的设定。
<2>调整机械和控制系统的配合同时弥补机械的不足
控制系统的电机往往会受到摩擦力和外力的因素产生震动，需要通过伺服调整抑制震动；另外诸如反向间隙、丝杆螺距误差、垂直度等机械问题，也需要在伺服调整过程中发现和补偿。
<3>发现和解决问题
波形和机械的故障不是相干的（其中包含了让人不满意的加工结果和伺服主轴的报警。
当负载惯量增大时电流的值也会增加。如果加工的表面变得不好了，这种现象会通过波形表现出来（如果表现不出来，就应该不是机械本身的问题）.如果有问题发生，就产生一个不正常的波形，因此需要伺服调整过程中测量波形。。
二、伺服轴控制的一般说明：
伺服轴的控制通常就是使轴始终追随于指令位置（在数控系统和伺服放大器之间的每个通信周期之中所发出的位置指令）和指令的进给速度（转速）下。
当轴停止时：
当轴移动时：
在上面的例子中，抗外力的张力（电机通过电流来恢复速度和位置的力）由速度环增益和位置环增益控制。
三、关于三环控制：
l 电流环IG是由伺服及电机的决定的，一般按厂家给定的标准参数设定就行，特殊情况下需要调整。
l 从控制的要求来看作为最内的电流环的响应性应该大于VGN，速度环的响应应该大于位置环，也就是说从相应性来说IG>VGN>PGN，整个系统的控制才稳定。
l 从这个角度看要想提高PGN那么VGN的值也不能太低，否则控制也是不稳定的。
四、关于速度环增益
速度环增益就是当电机由于切削负载等因素引起速度骗差时对指令速度的响应性。
速度偏差的对比
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响应性 |
机械响应结果 |
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当速度增益增加时 |
速度指令会快速反馈。当负载变化时，速度偏差对机械的影响将会减小。电机就会平滑的旋转 |
机械的刚性将会提高（电机瞬间输出转矩会提高）加工的表面会有改善 |
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VGN降低时 |
指令速度反馈会变慢.负载变化时，对机械的加工影响也会变大。机械的运转也会变得不稳定 |
机械刚性会降低，机械刚性会变低，加工工件的表面会变差 |
由此可见，我们做伺服调整的目的之一就是为获得更高的VGN.
那么如果给定一个最高的VGN就会获得最好的机械特性吗？
VGN太高或太低都会产生震动，会出现以下结果：
-
当机械负载很轻，或负载摩惨擦力很小的时候加上大的VGN。这是速度反馈就会超越。指令速度，速度变化影响太尖锐，往往会造成高频振动的产生，速度偏差也会变大。
高频率连续的振动叫振荡，VGN越高振动就越容易产生。
-
例如如下的波形：
速度反馈和位置偏差的波形
-
当在大机械负载或摩擦力矩很大时，设定一个很小的VGN时，对速度的影响性就太慢。这时就会产生一个低频的振动。速度的偏差基本没被处理。
这种连续不稳定的低频现象通常称作“波动”。
五、关于位置回路增益
当有不同的指令给定后，如何快速到达指令的位置？位置回路增益就是对这个时间的响应性。（定位的快慢）
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响应性 |
机械结果 |
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| PGN增加时 | 定位速度变快，
转速变换的响应性也变快 |
加工现象就如同缩短时间常数；尺寸精度好 |
| PGN减小时 |
定位变慢 对转速变化的响应性也变慢 |
加工现象就好像加大时间常数；尺寸精度差。 |
伺服调整的另一个目的也是为了设定更高的PGN值
那么最高位置回路增益是否会导致最佳加工效果呢？位置增益太高或太低可能出现以下的现象：
A. 如果太高的PGN，机械就好像变得很硬，在速度变换时会产生震动，或过冲现象。
B. 如果PGN太低，整个加工就会变慢。机械精度变差。
A波形：位置回路增益合适
B波形：位置回路增益太低；
通常根据机械的构造和负载惯量比设定适当的位置回路增益。
六、位置回路PGN与VGN之间的关系
根据之前的描述从广义的角度来说，VGN是速度偏差的响应性。而PGN是对指令速度变换的响应性.
如果在增加位置环增益后出现过冲，则可以通过增加速度环增益来消除过冲，因为过冲与速度偏差有关。
相反，如果在加速/减速时发生超调，则可以通过减小位置回路增益和应用慢速加速/减速来消除超调，因为加速/减速意味着命令速度的改变。
那首先设定哪个呢？
根据以下的因素，先设定VGN，然后，再设定PGN
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VGN |
PGN |
| 根据机械的负载惯量比来决定标准的VGN | 根据机械的结构和负载惯量比来决定。设定值的高、低需要，轴的移动才能判断 |
| 每个轴由于各个轴的负载惯量比不同，设置不同的值。 | 所有参与插补的轴都需要设定相同的值。（以其中PGN较低轴为准） |
| 设定的极限，根据负载惯量比来决定 | 对于插补轴来说，设定的极限取决于速度回路增益。 |
七、负载惯量
惯量是衡量物体运动惯性物理量，它取决于物体的回转直径、摩擦力等因素。
在伺服控制中，折算到电机轴端的惯量要比负载的重量关键的多。
因此需要根据负载惯量的量值来决定VGN
在伺服调整中，首先测量负载惯性。然后根据惯量确定标准速度环增益。
八、共振频率
共振频率大家很好理解：“共振”是机谢和电机自身的振动频率相互影响时产生的一种大的振动
振动的波形
所有的机器都有一个共振点，滚珠丝杠的共振是一个严重的问题。必须抑制共振，因为它可以阻止速度环增益升高。
为了抑制了共振，在伺服系统上安装了陷波滤波器。但是，必须为每台机器设置共振频率的参数。
寻找共振频率和抑制共振是伺服调整的重点。目的是为提高速度增益VGN.
十、加减数时间常数
设定一个较短的时间，但是要求能平滑的运转，是设定的关键。
当调整位置回路增益时，还应调整加速/减速时间常数，因为位置回路增益与完成定位的时间有关。
设定的依据是在此时间常数下运转时，电流值不能超过电机的最大电流。
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