試析數控機床伺服系統的性能調整與改進

王九高

摘 要：數控機床要提高工作效率，增加數控機床加工時的正確率，降低返工的成本，就需要對影響數控機床加工的伺服系統有所了解，尤其是對伺服系統的性能有所研究，才能達到促進數控機床工作質量的效果，同時還要對影響伺服系統性能工作的各項因素有所分析，找到能夠改進伺服系統性能的方法和措施，提升伺服系統的性能運行，因此，本文試圖對伺服系統的性能展開研究，以此來提高數控機床加工的速度，保證數控機床工作的質量，為伺服系統的研究提供參考。

關鍵詞：數控機床；伺服系統；性能調整；改進方法

就數控機床的運行來說，很大部分的動力來自伺服系統，因此，要提升數控機床的性能，就不得不去研究伺服系統的性能，尤其是伺服系統在穩定性、便捷性以及精確度方面的性能如果得到很好的發揮能夠有效的提升數控機床的工作運行。

一、分析數控機床伺服系統的性能

數控機床中的伺服系統涵蓋面廣，且數量眾多，就當前的應用來看，交流伺服系統的運用較為普遍，而伺服系統在數控機床加工中的作用在于能夠以較快速度復制出輸入的距離，同時，伺服系統在實際工作中要做到如此，主要在三個環節的合作下才能發揮作用，包括電流、速度以及位置上的控制環系統是伺服系統工作的基礎，因為只有具有三環控制環的系統才能輸出較好的波形，速度環和位置環分別控制速度以及位置，且要判斷伺服系統的運行效果是否是最好的，需要根據穩定性、動態性以及穩態性的特點來觀察。

二、針對伺服系統的性能調整分析

就交流伺服系統來說，只有與機械完成高匹配才能很好的運行，但要實現交流伺服系統與機械的匹配是一件不易的事，因為伺服系統中的速度環和位置環處于不同的增益狀態下，一般而言，用戶不能準確的將機器使用時的位置環與速度環達到平衡的增益狀態。因為位置環增益的時候，速度環不一定同時向相向的方向進行增益，反而會引起速度環產生影響，出現振蕩的現象。

（一）控制好伺服系統的位置

在伺服系統的位置控制方面主要采取數字來加以控制，保證位置的增益隨著機器的運行來發展，但同時位置的增益又與機器的剛性有聯系，剛性較高時，位置的增益較大，機器的響應相應也會較高；而當處于剛性適中或較低時，對位置的增益來說就不適宜設置得較高。

（二）控制好伺服系統的速度

對數控機床的伺服系統而言，其運行時的動態性與機械的負載狀況有關，而要提高伺服系統的動態性的性能就需要考慮機器的負載能力，對此，可采用PI和IP兩種形式來促進動態性能的發展。就IP控制而言主要以處理積分項為主，而PI的差異在積分器上，PI除了處理積分項外，還要控制比例項。[1]

三、調整伺服系統性能的方法

由上述對伺服系統的性能所展開的分析來看，發現伺服系統主要在位置以及速度上的差異，因此要遵守將位置環與速度環的增益同時加以調整的原則，同時還要提升伺服系統內部各環的調整方法：

（一）滿足位置環增益的低值要求

對伺服系統的性能展開調整，要保證位置環處于較低數值的范圍上，同時還要根據機器的響聲以及振蕩來判斷速度環應該處于何種數值上，才能使二者處于相互和諧的運行狀態。此外，在調整速度環時要考慮機器的負載量，因為只有負載量以及傳動鏈之間的數值能夠對速度環產生影響。

（二）慢慢改善速度環的增益數值

在機器的剛性以及負載量不清楚的情況下，對伺服系統進行調整工作時，需要調整位置環。然后再調整速度環的增益，并且最后要將位置環與速度環的增益保持在較適宜的數值。促進伺服系統達到平衡的狀態。[2]

四、改進伺服系統性能的措施

（一）利用觀測器改進伺服系統

對改進伺服系統性能的措施來說，需要及時的引入相關的系統裝置幫助改進，利用觀測器來實現目的就是較好的改進措施，觀測器具備消除高頻率的振動，促進速度環工作的功能，尤其是在數控機床機器中，觀測器能夠改變速度以防止振蕩對速度造成的干擾，并且由于實際的觀察過程中不存在實際的速度分量，所以觀測器能夠很好的被利用來改善振蕩給速度環帶來的影響。就觀測器實際運行時，需要對速度進行估算，以便能夠及時的控制速度，形成反饋信息，并且干擾轉矩會對高頻振動產生影響，增大速度增益時的幅度，造成一定階段的振動，而觀測器能夠很好的將高頻率的電動及時化解，低頻的成分則能發出反饋信息。[3]

（二）控制伺服系統的前饋

根據伺服系統的前饋運行特征來看，前饋控制能夠較好的是位置增益與速度增益處于相對平衡的狀態，并且對機器的相應的速度以及位置都能很好的檢測，促進伺服系統的動態性能運行，有效的保證了數控機床加工的質量，將位置環與速度環之間的矛盾降低到最小。除此之外，在伺服系統的速度環上同樣設有前饋的功能，以發揮前饋對伺服系統改進的作用，速度與位置之間可利用機器上速度的響應功能，來設定更為準確的前饋系數保證位置增益得到較好的控制。

五、總結

數控機床要實現高效率的加工作業，需要加強對伺服系統性能的調整力度，就伺服系統的調整分析來看，在位置環和速度環上的增益直接影響伺服系統發揮作用，因此，需要提出改進二者之間的關系的有效措施，提升對伺服系統的調整能力。

參考文獻：

[1]宋春雷.數控機床伺服參數調整方法[J].安陽工學院學報，2017，16（2）：14-16.

[2]魏勝.數控機床伺服系統原理分析與性能調整[J].組合機床與自動化加工技術，2010（5）：81-82.

[3]陳飛飛.數控車床的伺服系統調整技術[J].電子制作，2014（9）：122.