如何调整伺服系统(第1部分):问题和答案gydF4y2Ba

TgydF4y2Ba并gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba伺服系统gydF4y2Ba可以是其中的最gydF4y2Ba困难gydF4y2Ba机器制造中的任务gydF4y2Ba，提供gydF4y2Ba比例积分微分(PID)控制gydF4y2Ba挑战。TgydF4y2Bauning并不总是关于PID增益gydF4y2Ba，因为gydF4y2Ba通过改变这些因素，可以提高机器的性能。gydF4y2Ba

ThgydF4y2BaE网络直播”gydF4y2Ba如何调优伺服系统(上)gydF4y2Ba”覆盖gydF4y2Ba控制器设计，包括控制回路结构，控制器特性和使用基于频率的工具进行增益选择和机器表征。gydF4y2Ba网络直播后的问答环节gydF4y2Ba解决了一些观众问题。gydF4y2Ba网络直播可存档观看至2021年3月11日。gydF4y2Ba

约瑟夫·普罗菲塔博士，gydF4y2BadgydF4y2Ba左,gydF4y2BacgydF4y2Ba控制gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba系统gydF4y2BaggydF4y2Ba叫喊,AerotechgydF4y2Ba，以及网络直播中的演讲者，gydF4y2Ba回答有关伺服系统调优的其他问题。gydF4y2Ba

伺服gydF4y2BatgydF4y2Ba并gydF4y2Ba提示gydF4y2Ba

问:你提到过使用尽可能少的过滤器。你对应用过滤有什么想法gydF4y2BaPIDgydF4y2Ba值gydF4y2Ba也gydF4y2Ba可以通过微调来消除共振吗?有好处吗gydF4y2Ba”gydF4y2Ba翻译gydF4y2Ba”gydF4y2BaPID值变化的过滤器?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba改变PID值不会消除系统共振，但可以降低它们，使共振被抑制而不激发。但是，降低这些PID增益会降低系统的带宽。增加一个滤波器将抑制共振，PID增益可能会增加。这将提高系统带宽，从而获得更高的吞吐量。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba上升时间是什么意思?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba上升时间是一个系统从10点上升的时间gydF4y2Ba％gydF4y2Ba到90年gydF4y2Ba％gydF4y2Ba由于阶跃输入的最终值。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba为什么你的相位响应黑色痕迹出现在4 rad/sec而不是上一张幻灯片中的5 rad/sec ?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba红色曲线是在环路中添加陷波滤波器之前的环路增益相位。绿色曲线是被添加到环路的陷波滤波器的相位(中心频率为5 rad/sec)。黑色曲线是植物环路增益的结果相位，这是通过在红色和绿色曲线的每个频率上添加相位得到的。以4 rad/sec的速度，红色曲线相位(-140度)加上绿色曲线相位(-40度)的相位为-180度，即黑色曲线所示。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba操作的顺序对应用陷波和低通滤波器有影响吗?当使用缺口和低通滤波时，应该考虑哪些采样时间和硬件通信?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba当考虑稳定的总回路增益时，顺序并不重要。然而，其他实际的考虑因素会影响过滤器的顺序和位置。通常gydF4y2Ba，gydF4y2Ba陷波滤波器是gydF4y2Ba放置在低通滤波器之前。根据物理架构的不同，顺序可能更重要。例如，在模拟系统中，首先放置陷波滤波器可以使陷波滤波器对比放置在低通滤波器之后更大的信号进行操作。如果所有的循环都是在一个盒子中使用双精度浮点算法实现的，那么顺序就不那么重要了。控制体系结构还影响过滤器的位置和顺序。例如，如果你在系统中使用前馈，你应该在滤波器之后插入前馈。最后，在大多数商用控制器中，这通常不是一个可配置的项目。gydF4y2Ba

问:gydF4y2BaAerotech的A3200怎么样gydF4y2BaEasyTunegydF4y2Ba原理工作?为什么gydF4y2BaEasyTunegydF4y2Ba有时在某些应用程序上失败?gydF4y2Ba

答:gydF4y2BaEasyTunegydF4y2Ba进行开环测试以确定负载质量，该质量用于设置初始增益。然后运行一系列循环传输来表征系统。基于一个用户输入设置，鲁棒性，算法确定了系统的“最佳”增益。gydF4y2Ba该软件gydF4y2Ba继续改进。例如，在5.0版本中，轴与负载惯性比为15:1或更高的负载不能很好地调谐。在Release 6.0中，进行了改进gydF4y2Ba，gydF4y2Ba现在这些系统gydF4y2Ba更容易调谐。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba有什么好的、实用的调音书籍可以推荐给大家参考吗?是否有一个很好的资源或书籍调整伺服驱动器?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba大多数机电类本科专业教学概论gydF4y2BacgydF4y2Ba控制将涵盖基本的PID，超前滞后和低通滤波器与教科书，如gydF4y2Ba”gydF4y2Ba动态系统的反馈控制gydF4y2Ba”gydF4y2Ba富兰克林，鲍威尔和gydF4y2BaEmami-NaeinigydF4y2Ba，皮尔逊，2018年。在频域的一个彻底的处理可以在gydF4y2Ba”gydF4y2Ba反馈控制原理gydF4y2Ba”gydF4y2Ba乔治•gydF4y2BaBiernsongydF4y2Ba(两卷集)，Wiley, 1988。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba如果我有两个相同的系统其中一个是稳定的系统，我能在第二个系统上应用相同的值吗?关于集成X-Y和垂直Z级调优问题，如何从不同的系统获得相同的调优性能?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba如果它们是相同的，那么两个系统的增益应该是相同的。通常，一组增益可以跨多个相同的系统使用。当性能不同时，它可能指向系统构建中需要解决的问题。大多数gydF4y2Ba原始设备制造商gydF4y2Ba（gydF4y2Ba原始设备制造商gydF4y2Ba）gydF4y2Ba使用这种做法。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba当你说交叉点有足够的裕度时，那里到底发生了什么?你能解释一下目标利润率是多少，为什么?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba在实际应用中，增益裕度应≥6 dB，相位裕度应≥30度。这允许增益变化和非线性在系统中存在。例如，当移动系统时，谐振频率可能会移动，或者负载的方向可能会改变环路增益。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba你能很好地将环路成形扩展到非线性控制器吗?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba频率响应是一个线性工具。它可以用于非线性系统，通过评估系统在不同方向、输入大小和其他暴露非线性的变化。然后，通过绘制曲线族并选择最鲁棒的调谐参数，可以稳定系统。还有其他的控制策略，如滑模控制，目标是为非线性系统设计控制器。根据非线性的程度或要实现的最优性，这种方法和其他方法可能是更好的方法。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba谢谢你的网络研讨会。这绝对值得我思考。gydF4y2Ba你用的是什么软件?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba在Aerotech A3200标准调谐工具上进行了环路成形的演示。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba如何调优电流循环?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba对于伺服电机，比例积分(PI)控制律是合适的。这通常是足够的确定gydF4y2BaKpgydF4y2Ba和Ki使用一个简单的电机模型，参数包括线对线电阻，电机电感，放大器总线电压，放大器峰值电流和期望的电流环带宽。对于Aerotech数字驱动器，通过选择电机来建立电流环路，并根据带宽和相位裕度输入为用户计算参数。此外，用户可以使用与网络研讨会中伺服回路相同的频率响应和回路整形工具来调整电流回路。gydF4y2Ba

问:对两个编码器反馈的系统进行优化控制的最佳方法是什么?调整内部速度回路vs.外部位置回路伺服驱动器?使用双编码器反馈有什么影响gydF4y2Ba滚珠丝杆gydF4y2Ba借系统?如何处理PID控制器的多个循环?调节系统中的反弹?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba一般来说，当处理使用不同传感器作为反馈的多个回路时，首先稳定并设置最内层回路的控制律。在这个内循环响应达到预期后，移动到补偿下一个最外层循环。内循环现在是补偿循环的“工厂”。一般情况下，内环带宽最大，外环带宽最小。gydF4y2Ba

在上面提到的例子中，agydF4y2Ba滚珠丝杆gydF4y2Ba通过电机上的编码器反馈和线性编码器来测量车厢的运动。这里的关键问题是gydF4y2Ba滚珠丝杆gydF4y2Ba在反转过程中，由于质量分离引入了系统的非线性。反冲的大小取决于工件的质量gydF4y2Ba滚珠丝杆gydF4y2Ba．一般来说，有反作用力的系统的带宽必须设置得比没有反作用力的系统低。与往常一样，首先使用电机编码器调优电流回路进行换向(初始化后，许多控制器使用位置换向)。然后，利用比例导数控制律的电机编码器稳定速度环路。速度环的输入是基于弹道的速度命令。最后，使用线性编码器和积分控制律稳定位置环，该积分控制律是速度环的平行环(非级联)。这将消除由于反弹引起的误差。gydF4y2Ba

将速度环和位置环控制律的输出加在一起，输入陷波滤波器(必要时)和低通滤波器。当系统中存在回隙时，通常需要将低通滤波器的频率推低，以使响应平滑。低通滤波器的输出是当前循环的命令。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba用户可以使用哪些技术信息来实现产品?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba除了这次网络研讨会，gydF4y2Ba每个控制器都有一个gydF4y2Ba软件帮助文件gydF4y2Ba这就解释了这些细节。该文件还包含有关参数设置和编程的信息。此外,gydF4y2BaEasyTunegydF4y2Ba实用程序将处理您的大多数调优问题。Aerotech提供gydF4y2Ba免费ggydF4y2Ba埃gydF4y2BatgydF4y2BaechnicalgydF4y2Ba年代gydF4y2Baupport。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba是否有可以使用的手动调优估计?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba刚开始时，你需要一个稳定的系统。保持非常低的增益可以让你在识别系统时保持一定的稳定性。非常低在不同的系统中意味着不同，这取决于系统使用的比例因子。AerotegydF4y2BachgydF4y2BaEasyTunegydF4y2Ba或者开环自动调谐gydF4y2Ba可以gydF4y2Ba向系统中注入电流几毫秒来尝试识别系统的装置并设置非常低的增益。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba基于负载的伺服调谐，你能gydF4y2Ba编写脚本对XYZ轴执行逐点扫描gydF4y2Ba？gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba动态增益调度是一些控制器用于根据电机的位置、速度或电流绘制在两组(或更多)值之间动态更改增益的功能。或者，可以编写一个程序来根据您选择的某些条件来改变增益值。每一组增益都需要是一个调谐过程的结果，系统在该增益集将要使用的位置和负载。为了防止不稳定，应该同时改变回路中的所有增益。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba我的有改进的空间吗gydF4y2BaVasculathegydF4y2Ba，即在切割小直径管子时，快速来回旋转运动很多，达到过流限制在转盘上?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba从调优的角度来看，它可能会得到改进。但是，这个问题可能更多地与轨迹生成有关。修改轨迹以限制运动中反转时的加速度将是提高吞吐量和消除过流错误的第一步。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba我如何调整伺服系统与Aerotech?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba大多数系统都可以使用Aerotech的系统进行调整gydF4y2BaEasyTunegydF4y2Ba特性。这将为系统提供PID增益、前馈增益和滤波器。或者，您也可以使用Aerotech的频域工具Loop Shaping来调整系统。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba如何同步运动配置文件的两个轴控制器?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba这是一个轨迹生成的问题，而不是调优问题。假设有两个轴按需要调优，那么就需要一个多轴控制器，为给定XY空间中的移动向量的所有轴生成协调的轨迹。Aerotech公司的A3200和Ensemble系列控制器是多轴控制器。A3200使用G-Code语言轮廓应用程序。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba如何消除低频率干扰?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba假设低频率意味着环路增益越低，交叉频率越低gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba系统在扰动频率处所具有的频率增益，扰动对输出的影响就会被抑制得越多。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba我如何设置非aerotech电机?gydF4y2Ba

答:gydF4y2BaAerotech控制器支持使用任何伺服电机。配置管理器中有一些实用程序允许您输入电机和级数据以生成参数文件。设置一个非aerotech电机需要一些关于电机的基本信息，如线对线电阻，电感和母线电压。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba这种技术如何应用于将粗电机和细电机结合在一起的系统，比如安装在线性伺服系统上的压电电机?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba在这种情况下，通过程序或固件文件，将编写一个例程，接受位置命令并将其发送到两个阶段。“粗糙”阶段的反馈将被发送到“精细”阶段。这个反馈在位置上看起来像一个“良好”阶段的错误信号，在这一点上，控制环路带宽将决定系统的响应能力，以抵消错误。这个概念是用在许多振镜应用在Aerotech使用我们的无限视野功能。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba您能说明编码器分辨率和表面光洁度/形式精度吗?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba一般来说，分辨率越高越好。最好有至少10-50倍的分辨率，你的部分公差，gydF4y2Ba也就是说,gydF4y2Ba5 um部分公差要求至少500 nm分辨率，最好是100 nm。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba讨论非线性负载的调优实例。gydF4y2Ba如何针对不同的负载设置不同的调优设置?你如何调整机械臂的负载是动态的，取决于手臂的位置?你会选择最坏的情况还是选择中间点?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba负载的变化直接影响环路增益，从而影响系统的稳定性(或鲁棒性)。这些变化可以是阶跃变化(gydF4y2Ba如gydF4y2Ba拿起或放下一个物体)或连续的(gydF4y2Ba如gydF4y2Ba在卷轴上或卷轴上旋转，移动机械臂)。在任何一种情况下，增益必须设置为在预期发生的负载集上有足够的增益和相位裕度。通常，这将导致系统在所有负载情况下都具有最低带宽设置，这通常并不理想。为了提高性能，可以采用增益调度或更复杂的自适应控制技术。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba不同类型的电机之间的调谐控制有什么不同?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba对于有刷或无刷(线性或旋转)整定，PID控制器是相同的。其他执行器，如压电或伺服液压执行器，可能需要不同的控制律。但是，测量环路增益的概念和稳定性判据是完全相同的。不同之处在于与PID控制器一起使用的补偿滤波器的类型。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba什么时候应该使用完全PID控制，而不是PD或纯P?什么时候只使用PI控件比较合适?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba一般来说，比例项作用于当前误差，积分项作用于过去误差(并将消除系统中的稳态误差)，导数项作用于预期的未来误差(并将为系统添加一些阻尼)。确定最佳控制规律取决于被控制的植物。一种方法是测量装置的开环频率响应，并添加一个控制律，使环路增益达到所需的值。理想情况是有高低频增益(以减轻干扰);低、高频增益(抑制传感器噪声);以-1(20)的斜率相交gydF4y2BadbgydF4y2Ba/十年)，坡度变化至少比交叉少四倍或多四倍。这将提供一个稳定的系统假设增益和相位裕度在任何其他交叉点是足够大的。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba硬/软动作;哪一种会更快地解决问题?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba更高的加速度意味着动作中更大的超冲潜力。gydF4y2Ba考虑到沉降，你通常可以通过使用更低的加速度来获得更短的整体移动时间。除了调整PID使移动时间(包括沉降)最小化外，最好采用前馈控制使总移动时间最小化。这种组合允许使用更高的加速度，同时最大限度地减少超调。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba如何通过Arduino控制伺服电机?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba通过Arduino，你可以控制一个gydF4y2Ba直流gydF4y2Ba电刷电机通过脉宽调制(PWM)输出引脚。Arduino没有任何内置的调优工具。gydF4y2Ba

问:gydF4y2Ba在构建3D打印机的应用程序中，如何选择可编程逻辑控制器(PLC)和运动控制器?gydF4y2Ba

答:gydF4y2Ba一个gydF4y2BaPLC)gydF4y2Ba更适合于基于输入/输出(I/O)的系统。3D打印机将使用I/O轨迹生成。这通常更适合运行基于g代码的轨迹的运动控制器。gydF4y2Ba

由内容经理马克·霍斯克编辑，gydF4y2Ba控制工程、gydF4y2Ba《媒体gydF4y2Ba，gydF4y2Bamhoske@cfemedia.comgydF4y2Ba．gydF4y2Ba

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更严格的控制gydF4y2Ba伺服回路可以导致更好的机器性能。gydF4y2Ba

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