Руководство по настройке сервопривода профессионального уровня для оптимальной работы

Серводвигатели являются неотъемлемыми компонентами автоматизированных систем, в частности, для точного управления положением. Эта возможность является стандартной для большинства марок серводвигателей, что делает их универсальными для различных промышленных применений.

Работа серводвигателей регулируется сложным механизмом управления. Контроллер передает двигателю серию электрических импульсов, причем каждый параметр импульса выполняет определенную функцию. Количество импульсов определяет угол поворота, обеспечивая точное позиционирование, а частота импульсов - скорость вращения двигателя. Этот контроль скорости тесно связан с настройкой электронного передаточного числа, которое действует как множитель между командными импульсами и фактическим вращением двигателя.

При вводе в эксплуатацию новой сервосистемы очень важно следовать систематическому процессу настройки для достижения оптимальной производительности. Начните с регулировки коэффициента усиления положения (Kp), чтобы обеспечить максимальную плавность работы двигателя и минимальный уровень шума. Этот шаг закладывает основу для стабильной работы. Далее рассмотрим соотношение моментов инерции двигателя и нагрузки, которое является критическим фактором стабильности системы. Многие современные сервоприводы оснащены функциями автоматической настройки, которые могут оценить это соотношение, обеспечивая надежную отправную точку для дальнейшей оптимизации.

После согласования инерции сосредоточьтесь на настройке контура скорости. Настройте параметры усиления скорости (Kv) и времени интегрирования скорости (Ti). Эти параметры играют ключевую роль в достижении плавной и непрерывной работы на низких скоростях при сохранении высокой точности позиционирования. Тонкая настройка этих параметров позволяет достичь баланса между быстродействием и стабильностью системы, что очень важно для приложений, требующих точного управления движением.

(1) Коэффициент пропорциональности положения

Установите пропорциональный коэффициент усиления регулятора управления положением. Чем выше коэффициент усиления, тем больше жесткость и тем меньше запаздывание положения при одинаковой частоте командного импульса. Однако слишком высокое значение может привести к осцилляции или перерегулированию. Значение параметра определяется конкретной моделью сервосистемы и нагрузкой.

(2) Коэффициент усиления при позиционировании

Установите коэффициент усиления обратной связи для управления положением. Если заданное значение больше, запаздывание положения при любом частотном командном импульсе меньше, коэффициент усиления контура регулирования положения выше, и характеристики высокоскоростного отклика системы управления улучшаются. Однако это может привести к нестабильности и колебаниям в системе. Если высокие характеристики отклика не нужны, этот параметр обычно устанавливается на 0, с диапазоном 0-100%.

(3) Коэффициент пропорционального усиления скорости

Установите пропорциональный коэффициент усиления регулятора скорости. При более высокой настройке значение коэффициента усиления увеличивается, делая систему более жесткой. Значение параметра должно определяться в зависимости от конкретной модели системы сервопривода и нагрузки. Как правило, чем больше инерция нагрузки, тем больше должно быть заданное значение. Попытайтесь установить большее значение, но при этом убедитесь, что система не вызывает колебаний.

(4) Постоянная времени интеграла скорости

Установите постоянную времени интеграла регулятора скорости. Чем меньше значение параметра, тем выше скорость интегрирования. Значение параметра определяется в зависимости от конкретной модели и нагрузки системы сервопривода. В общем случае, чем больше инерция нагрузки, тем больше заданное значение. При условии, что система не создает колебаний, следует установить меньшее значение.

(5) Коэффициент фильтра обратной связи по скорости

Настройка характеристик фильтра низких частот обратной связи по скорости.

Чем выше это значение, тем ниже частота среза и меньше шум, создаваемый двигателем.

Если инерция нагрузки велика, заданное значение может быть увеличено соответствующим образом.

Если значение слишком велико, отклик будет медленным, что может вызвать осцилляцию.

Чем ниже значение отсечки, тем быстрее отклик.

Если требуется более высокая скорость срабатывания, установленное значение может быть соответствующим образом уменьшено.

(6) Настройка максимального выходного крутящего момента

Установите внутреннее предельное значение крутящего момента сервопривода.

Значение настройки выражается в процентах от номинального крутящего момента.

Этот предел действует всегда и задает диапазон импульсов завершения позиционирования в режиме управления положением.

Этот параметр позволяет водителю определить, завершено ли позиционирование в режиме управления положением.

Когда количество оставшихся импульсов в счетчике отклонений положения меньше или равно установленному значению этого параметра, привод считает позиционирование завершенным, и сигнал переключателя места включен. В противном случае он выключен.

В режиме управления положением выдается сигнал завершения позиционирования, а заданное значение постоянной времени ускорения и замедления определяет время ускорения двигателя от 0 до 2000 об/мин или время замедления от 2000 до 0 об/мин.

Характеристики ускорения и замедления линейны, диапазон скорости прибытия задан. В режиме непозиционного управления, если скорость серводвигателя превышает заданное значение, сигнал переключателя скорости прибытия включен, в противном случае - выключен.

Этот параметр не используется в режиме управления положением и не зависит от направления вращения.

(7) Ручная настройка параметров усиления

Настройка коэффициента пропорциональности скорости KVP

После установки сервосистемы необходимо настроить параметры для обеспечения стабильного вращения. Начните с регулировки значения коэффициента пропорционального усиления скорости KVP. Перед регулировкой установите интегральный коэффициент усиления KVI и дифференциальный коэффициент усиления KVD на ноль, затем постепенно увеличивайте значение KVP. Обратите внимание, нет ли колебаний при остановке серводвигателя, и вручную отрегулируйте параметры KVP, чтобы увидеть, заметно ли ускорилась или замедлилась скорость вращения. Если значение KVP вызывает вышеупомянутые проблемы, уменьшите значение KVP, чтобы устранить осцилляцию и стабилизировать скорость вращения. Это значение будет предварительным значением параметра. Повторите процесс коррекции по мере необходимости, чтобы достичь идеального значения.

Настройка значения интегрального усиления KVI

Постепенно увеличивайте значение KVI интегрального коэффициента усиления, чтобы получить интегральный эффект. Как упоминалось во введении в интегральное управление, значение KVP и интегральный эффект могут вызвать колебания и нестабильность, когда они достигают критических значений. Аналогично, уменьшите значение KVI, чтобы устранить колебания и стабилизировать скорость вращения. Это значение будет предварительным значением параметра.

Настройка значения KVD дифференциального усиления

Основная цель дифференциального усиления - сгладить вращение скорости и уменьшить перерегулирование. Постепенное увеличение значения KVD улучшит стабильность скорости.

Настройка значения коэффициента пропорциональности положения KPP

Если значение KPP отрегулировано слишком сильно, позиционирование двигателя будет выходить за пределы нормы, что приведет к нестабильности. В этом случае уменьшите значение KPP, чтобы уменьшить перерегулирование и избежать нестабильности, но будьте осторожны и не регулируйте его слишком мало, так как это приведет к снижению эффективности позиционирования.

(8) Автоматическая настройка параметров усиления

Современные сервоприводы компьютеризированы, и в большинстве из них предусмотрена функция автоматической регулировки усиления, которая позволяет справиться с большинством условий нагрузки. При настройке параметров можно сначала использовать функцию автоматической настройки параметров, а затем при необходимости выполнить ручную настройку. Автоматическая регулировка усиления также имеет различные опции. Как правило, регулировочный отклик делится на различные уровни, такие как высокий, средний и низкий отклик, и пользователи могут настроить его в соответствии со своими требованиями.