飞阳FOM数控系统及XpoWer驱动的调试研究

　　飞阳数控系统FOM是沈阳机床集团与意大利菲迪亚公司合作研发的高品质、高性价比的数控系统。XPOWER交流伺服驱系统是与飞阳数控系统相配套的伺服驱动器，是飞阳数控的基本功能单元之一，作为控制系统中的功率部分，接受控制系统发出的电机控制指令并驱动电机运转。本文主要针对飞阳数控系统FOM，对伺服轴的优化流程及参数调节过程进行了研究。

1 XPOWER交流伺服驱动系统优化的原理

　　XPOWER交流伺服驱动系统由电流环、速度环、位置环三环组成，电流环、速度环的控制器均由比例积分调节器组成，位置环则是一个比例调节器。由于电流环的响应较速度环快，而速度环又比位置环响应快，因此遵循内环到外环的优化顺序.即“电流环速度环位置环”，其中内环性能的优劣会影响到外环性能的发挥，因此速度环是优化的重点。伺服优化的过程就是调节三环控制器的增益和积分时间常数，使机床的动态性能得到提升。

　　1.1电流环参数优化

　　电流环控制器是一个比例积分调节器.一般情况下，机床出厂时会通过Bruco软件（Xpower驱动器优化软件）选择响应型号的电机和驱动，同时利用Bruco软件进行自动优化。因此电流环通常不需要再优化，除非电机运行时，电机内部出现异常的响声，则需要对电流环进行优化，次数需要适当地减小增益KPI，同时增加积分时间常数TNI。

　　1.2速度环参数的优化

　　速度环是参数优化的重点，速度环优化的参数有速度环增益Kpv、速度环积分时间常数Tn。先用Bruco软件进行自动优化，在此基础上进行微调。先对增益和积分时间进行调节，使机床在能够正常运行的情况下增益尽量大，积分时间尽量小。增益越大，速度环频率特性越好，积分时间越小，频率特性也得到提高。

　　1.3位置环的优化

　　在对位置环参数进行优化时，只有位置环增益Kv可以通过圆测试来优化，当增大位置环增益时，圆的轮廓精度越高。当位置环增益增加到一定程度时，圆轨迹震荡加大，同时机床开始振动。适当的调节Kv，使圆的轮廓精度尽可能高，同时保证机床不振动。

2 XPOWER交流伺服驱动系统优化的步骤

　　2.1调试软件简介

　　Xpower驱动系统相配套的软件是Bruco，利用它可以修改Xpower驱动系统内的参数。另外，在飞阳数控系统中，提供了几个用来测试机床动态特性的工具ERCI、ERDI、ERRE。ERCI主要用来同时优化两个轴的速度环比例增益Kp和位置环比例增益Kv：ERDI可以用来优化单轴的速度环比例增益Kp和速度环积分时间，因为在优化好单轴后还需要使用ERCI进行多轴的优化，这样就浪费了很多时间和精力，所以实际优化时往往不采用ERDI进行优化而直接采用ERCI进行优化。当某个坐标轴性能很差时，经常利用ERDI进行单轴调试优化。ERRE用来优化加速度、速度环积分时间Tm

　　2.2 xpower驱动系统优化步骤

　　以%ICl051为例说明XPower驱动器的优化步骤：

　　2.2.1利用Bruco优化电流环，利用软件自动的电流环优化功能优化即可。

　　2.2.2利用ERCI工具主要用来优化速度环比例增益Kp和位置环比例增益Kv。首先，机床能够正常运行的情况下，利用Brueo工具对速度环进行自动优化。Brueo优化完后，利用ERCI和Erre进行优化，通过观察ERCI的圆形轨迹的反向峰值，增加Kp，增加Kp值时，使圆形轨迹上的反向峰值不再明显减小，这即为机床Kp的极限值，然后取该值的70%80%作为Kp值。下面以某台VMCl051立式加工中心为例，优化Y轴时，说明不同Kp值，对机床的影响。

　　可见随着Kp值的增大，圆轨迹反向尖峰值不断的减小。在优化的过程中，增益增大的同时，频率响应会在某些频率处产生较大的峰尖，同时会发出剌耳的尖叫，利用SR5 v2.500软件可以采集到共振的频率，然后通过滤波器可以将这些峰尖屏蔽掉。滤波器有三种类型lowpass filter、Notch filter、General filter。

　　2.2.3利用ERCI优化位置环环

　　逐渐增加位置环动态和静态的比例增益Kvd～IKvs的值直到利用ERCI检测的圆周误差发生明显变化，或者轴开始振动。此时适当减小Kv值，使机床处于稳定状态。　　2.2.4利用ERRE优化加速度和速度环积分时间Tn。

　　不断调整驱动器加速度和速度环积分时间Tn的值，通过减小其值观察其在ERRE四个区域开始两段和结束两段，使所优化的两个轴同步性更好，最后取一个折中的值。如图5所示，
3 结束语

　　飞阳数控系统及其驱动器优化的关键是对三环控制器的参数调节，因此其优化的实质是对控制器的PID参数进行合理的调节，在机床稳定的前提下尽量提高其增益而减小积分时间常数。实践证明上述方法行之有效，能够明显地提高机床的动态性能。