三菱数控伺服驱动参数设定与调整

摘 要：本文分析了三菱数控伺服驱动控制原理及相关伺服参数作用与关系，阐述了伺服驱动参数调整要领及相关伺服驱动参数设定与调整方法。实践证明，通过对伺服驱动参数的最佳化调整，解决了铣面光洁度差、加工面有刀痕等问题。

关键词：三菱数控；伺服驱动参数；调整

1 引言

数控机床伺服驱动参数调整的好坏，直接影响到机床的加工精度和性能。很多数控机床在出厂前，都进行过伺服驱动参数基本设定，能满足一般精度的加工要求。但在动态性能要求高的模具加工中，由于伺服驱动参数没有进行最佳调整，造成电气系统与机械特性匹配不合理，导致加工中出现质量问题。例如，铣球面光洁度差、加工圆弧呈椭圆、加工面在象限切换处出现刀痕等等。根据三菱数控系统的特点，笔者总结了伺服驱动参数调整要领及伺服驱动参数设定与调整方法。

2 伺服驱动参数分析

三菱伺服驱动控制原理如图1所示。

三菱伺服驱动系统采用图1所示的三环控制方式。整个控制流程是通过位置环到速度环，再到电流环，最终到伺服电机。而伺服电机则将电流信号和速度信号分别反馈给电流环和速度环、位置环，从而实现快速、准确的运动控制。

2.1 电流环

电流环的作用是限制最大电流，使系统有足够大的加速扭矩。电流环控制参数主要包含电流回路q轴进给补偿#2209、电流回路d轴进给补偿#2210、电流回路q 轴增益#2211、电流回路d轴增益#2212，这些参数由伺服电机的电气特性决定的，根据电机型号设定相对应的标准值。

2.2 速度环

速度环的作用是抑制速度波动，增强系统抗负载扰动的能力。速度环控制参数主要有：速度回路增益1（#2205，简称：VGN1）、速度回路增益2（#2206，简称：VGN2）、速度回路延迟补偿（#2207，简称：VIL）、速度回路进给补偿(#2208，简称：VIA)。

速度回路增益1,是决定伺服控制响应性的重要参数，对机床的切削精度和切削循环时间有很大的影响，增大设定值则控制精度相应提高，但机械容易发生振动。使用滤波器参数抑制机械振动，尽可能提高速度环增益1设定值，是伺服调整之关键所在。

速度环超前补偿参数#2208主要决定速度环的低频带特性。标准值为1364，高速高精度控制时的设定为1900。对于惯量较大的负载、有时标准值可能会下降。对于高速轮廓切削（通常F在1000mm/min以上），为保证精度，VIA必须保持高的设定值（或标准值设定）。对重视切削循环时间的机械而言，提高速度环超前补偿值将改善相对位置指令的跟随性，缩短位置滞后收缩至定位宽度的时间。在改善精度和循环时间方面，如果VGN1的设定值较大（接近标准值），或使用与增加VGN1等效的干扰观测器的功能，VIA的调整将会更加容易。

2.3 位置环

位置环的作用是保证系统的动态跟踪性能，使系统稳定运行。位置环的控制参数主要有：位置回路增1（#2203，简称：PGN1）、位置回路增2（#2204，简称：PGN2）、SHG控制增益（#2257，简称：SHGC）。PGN1是决定对指令位置跟随性的参数，插补轴之间位置环增益应设定为相同值。增加PGN1设定值，可提高对指令位置的跟随性，缩短定位时间。

3 伺服参数调整要领

虽然三菱M700/M70数控系统推出了MS CONFIGURATOR伺服驱动参数自动调整软件，但自动计算的数据适用于通用场合，对于一些要求较高的情况，部分参数还需要根据实际测量结果进行手动调整。伺服驱动参数调整主要从两个方面入手:一是抑制机械振动；二是调整加工精度。

3.1 抑制振动的调整

提高速度环增益1设定值，机床控制精度相应地提高，但机械容易诱发振动。所以抑制振动的调整原则是使用滤波器抑制振动的同时尽量提高速度环增益1设定值。相关参数说明如表1所示。

（1） 滤波器设定方法

1) 设定参数#2233、#2283选择滤波器1、2、4、5，设定为振动频率；

2) 逐步提高滤波器深度补偿值，调整为能够消除共振的最佳值；

3) 不能消除振动时，使用于其频率相同的其它滤波器。

（2） 电机因快速进给发生振动或发出噪音的情况下，可以通过减小电机高速运转时的速度环增益使其改善。因为切削进给等使用的低速区域速度环增益仍可保持很高，所以可以在不降低加工精度情况下便可改善振动，#2206与#2229配合使用。

（3） 电机停止时的振动抑制

如果电机停止时电机位置进入机械的反向间隙中、负载惯量将变得非常小。由于其对负载惯量设定了非常大的VGN1，有时会发生振动。抖动补偿通过忽略速度反馈的反向间隙部分的反馈脉冲，可抑制电机停止时发生的抖动。针对忽略脉冲数，可逐个增加，以设定能够抑制振动的值。通过#2227的bit4、bit5设定忽略脉冲数。

3.2 调整加工精度及特性改善

抑制机械振动的同时尽量提高速度环设定值，然后可以进行高速高精度调整。为缩短调整时间和提高精度，使用提高位置增益的前馈进给控制，将容易诱发机械系统的振动。SHG控制通过更稳定地补偿伺服系统位置环的延迟，提高位置环的增益，缩短调整时间以及提高轮廓控制精度。

3.2.1SHG控制模式

SHG 控制时，要求PGN1:PGN2:SHGC＝1:(8/3):6。因此，即使PGN1的设定值相同，由于实际的位置环增益变大，故速度环需要足够的响应。速度环的响应较低时，与正常控制时一样，在加减速时将会发生振动和过冲。因发生机械共振而减少速度环增益时，请相应减少位置环增益。相关参数的设定见表2。

3.2.2切削面精度或真圆度较差的改善措施

（1） 切削面精度或真圆度较差，可通过增大速度环增益（VGN1、VIA）或使用干扰观测功能进行改善。提高切削表面精度的方法尽管有所不同，但都能提高速度环增益进行调整，此时重要的是如何抑制机械共振。速度环相关参数设定见表3。

（2） 使用干扰观察功能

干扰观察是通过推断干扰扭矩量来进行补偿，可减轻切削时的干扰和摩擦阻抗以及扭矩振动造成的影响，同时具有抑制因速度超前补偿控制造成的振动的效果。干扰功能参数设定见表4。

（3） 使用丢步补偿功能

通过丢步补偿功能来补偿机械运行方向转向时的响应延时、摩擦、扭转、伸缩、反向间隙所产生的刀纹、刀痕。

丢步补偿功能包含丢步补偿1、丢步补偿2、丢步补偿3，通过参数#2227的bit8、bit9设定选择丢步补偿2有效，通过参数#2216（LMC1）及#2241（LMC2）设定补偿量；参数#2282的bit1为1时，则选择丢步补偿3有效。在LMC补偿的设定中，首先必须测量机械的不平衡扭矩与摩擦扭矩。丢步补偿前后圆切削轨迹如图2所示。

1） 测量不平衡扭矩与摩擦扭矩

在要测定的轴上进行往返运转（F为1000mm/min左右），在NC伺服监视画面上显示进给时的负载电流。此时的不平衡扭矩与摩擦扭矩计算如下：

不平衡扭矩(%)＝[(＋进给负载电流%)＋(－进给负载电流%)]/2

摩擦扭矩(%)＝|(＋进给负载电流%)－(－进给负载电流%)|/2

2） 在扭矩偏置#2232中设定不平衡扭矩。

3） LMC补偿类型2的设定与调整

选择伺服功能选择１（#2227）的bit9设为1，启动LMC补偿类型2功能；在丢步补偿1（#2216）中以两倍的摩擦扭矩设定补偿量。#2241为0时，正负两方向均以#2216的设定值进行补偿；不同方向的突起量存在差别时，使用丢步补偿2进行调整。只进行单方向补偿时，禁止补偿方向上的参数(#2216或#2241)设定为-1。希望在补偿方向变更补偿量时设定#2241。补偿方向的设定如图3所示，即按NC参数中的CW／CCW设定。只需进行单方面补偿时，将不需补偿，一侧设定为-1。

最终的调整应在实际切削的同时进行设定。补偿量不足时，按5%的增量逐渐增大#2216或#2241。但如果设定过大，相反可能出现过切现象。

4） LMC补偿类型3

对应丢步补偿2无法补偿的，因移动速度而引起机械系统的扭转及伸缩而产生的误差，通过设定机械系统的粘性系数(#2286)，即使移动速度有变化也可做到正确的补偿。

在低速状态下，测定真圆度的同时调整基本补偿的补偿量参数（#2216、#2241）；在高速状态下，通过真圆度测定，调整粘性系数（#2286），直至获得满意的真圆度。标准值是在补偿中根据摩擦扭矩设定的值。最佳的补偿量因切削条件如切削速度、切削半径、刀具种类、工件材质等而变化，最后应在对目标切削进行试切削的基础上，确定补偿量。

4 结语

数控机床伺服驱动参数经过最佳化调整后，其铣面精度得到极大的改善，消除了加工面的刀痕。数控机床伺服驱动参数的调整是一项十分复杂而繁琐的工作，笔者整理了三菱数控伺服驱动参数设定，根据多年的经验，对其进行了调整，具有重要的实际应用价值。