伺服應用于要求精度高、定位快的場合，在簡單的調整剛性和慣量比無法滿足現場要求時，該如何對伺服進行增益調整？從伺服控制本質的三環(huán)控制、三環(huán)帶寬的關系、增益參數調試步驟、各增益參數原理以及對伺服運行的影響、常用濾波器等方面介紹伺服增益調整原理與應用經驗。

伺服驅動器由電流控制環(huán)，速度控制環(huán)和位置控制環(huán)三個環(huán)路組成，控制框圖如下：

內層的帶寬一定大于外層的帶寬，否則整個控制系統(tǒng)為不穩(wěn)定系統(tǒng)，會造成系統(tǒng)震蕩。所以，以上三個環(huán)路的帶寬關系為：

電流環(huán)帶寬>速度環(huán)帶寬>位置環(huán)帶寬

位置和速度帶寬的選擇是否合適是由機械的剛性和現場應用場合決定的，一般的應用場合，調整慣量比和剛性即可達到現場的響應和定位要求。

如果慣量比和剛性調整后，依然無法達到現場的應用要求，需要對位置環(huán)和速度環(huán)的參數一一進行微調時，但需要注意的是，如果改變其中一個參數，則其他參數也需要重新調整，請不要對某一個參數做較大額的更改。一般可遵循以下步驟：

伺服驅動器主要的性能參數調整有三個：1.速度環(huán)比例增益；2.速度環(huán)積分時間常數;3.位置環(huán)比例增益。

速度環(huán)比例增益、積分時間常數僅對電機在運行時（有速度）起作用。速度環(huán)比例增益的大小，影響電機速度的響應快慢，速度環(huán)積分時間常數的大小，影響電機穩(wěn)態(tài)速度誤差的大小及速度環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當伺服電機帶上實際負荷時，由于實際負載轉矩和負載慣量與缺省參數值設置時并不相符，速度環(huán)的帶寬會變窄，如果此時的速度環(huán)帶寬滿足需求，沒有發(fā)生電機速度爬行或振蕩等現象，可以不調整速度環(huán)的比例增益及積分時間常數。如果實際負荷使電機工作不穩(wěn)定，發(fā)生爬行或振蕩現象，或者現有的速度環(huán)帶寬不理想，則需要對速度環(huán)的比例增益、積分時間常數進行調整。

在調試開發(fā)伺服經常調整這倆個驅動參數，通常都是在軸振動及加工表面不平滑來調使之達到一定的響應速度從而改變加工效果。

位置環(huán)比例增益僅在驅動器工作在位置方式時有效。當伺服電機停止運行時，增加位置環(huán)比例增益，能提高伺服電機的鎖定剛度。當伺服電機在位置環(huán)下運行時，增大與減小位置環(huán)比例增益時，位置滯后量將隨之變化。

位置環(huán)增益的調整如是插補軸需同步，起滯后量也就是跟隨誤差，直接決定與插補的狀態(tài)。我通常是調整該參數是在軸響應性過強來增大位置環(huán)增益從而實現軸運動換向時減少對機械的沖擊。

應該知道這倆個參數與加速度是不同的，軸加速度是從高速到低速或反之的過程時間。而速度環(huán)增益改變的是電機的剛性大小，位置環(huán)增益改變的是軸的跟隨特性。

位置控制的增益調整步驟如下：

1、設定合適的轉動慣量比；

2、設定速度環(huán)積分時間常數為較大值；

3、加大速度環(huán)增益，如果機械振動，稍許調??；

4、減小速度環(huán)積分時間常數，如果機械振動，稍許調大；

5、增大位置環(huán)增益，如果機械振動，稍許調小；

6、如果因為機械系統(tǒng)發(fā)生共振而無法加大增益，進而無法得到應有的伺服應用要求，可以對轉矩低通濾波器或陷波器調整抑制機械系統(tǒng)共振；然后重新操作以上步驟以提高伺服性。建議首先使用轉矩低通濾波器，若轉矩低通濾波器效果不好再考慮陷波器；

7、若需要更短的定位時間和更小的位置跟蹤誤差，可適當增加速度前饋，即速度前饋增益，但不宜超過80%；

速度控制的增益調整步驟如下：

1、設定合適的轉動慣量比；

2、設定速度環(huán)積分時間常數為較大值；

3、加大速度環(huán)增益，如果機械振動，稍許調?。?/p>

4、減小速度環(huán)積分時間常數，如果機械振動，稍許調大；

5、如果因為機械系統(tǒng)發(fā)生共振而無法加大增益，進而無法得到應有的伺服應用要求，可以對轉矩低通濾波器或陷波器調整抑制機械系統(tǒng)共振；然后重新操作以上步驟以提高伺服性。建議首先使用轉矩低通濾波器，若轉矩低通濾波器效果不好再考慮陷波器；

速度環(huán)增益：

速度環(huán)增益直接決定了速度環(huán)的響應帶寬。在機械系統(tǒng)不產生共振或噪音的情況下，增大速度環(huán)增益，速度響應會越快，對速度的跟隨性越好。但過大的速度環(huán)增益會引起機械共振。

速度環(huán)帶寬(Hz)=（1+G）/（1+JL/JM）*速度環(huán)增益(Hz)

其中：G為轉動慣量比，JL為折算到電機軸的負載轉動慣量，JM為電機轉子轉動慣量。當設定值G=JL/JM時，速度環(huán)增益即為速度環(huán)帶寬。

速度環(huán)積分時間常數：

速度環(huán)積分時間常數可以有效的消除速度穩(wěn)態(tài)誤差，快速反應細微的速度變化。在機械系統(tǒng)不產生共振或噪音的情況下，減小速度環(huán)積分時間常數，可以增加系統(tǒng)剛性，降低穩(wěn)態(tài)誤差。如果負載慣量比很大或機械系統(tǒng)存在共振因素，必須加大速度環(huán)積分時間常數，減小積分的作用，否則機械系統(tǒng)容易發(fā)生共振。如果慣量比參數G設置為JL/JM的情況下，速度環(huán)積分時間常數為：

速度環(huán)積分時間常數(ms)=4000/（2*pi*速度環(huán)增益(Hz)）其中：pi為圓周率。

位置環(huán)增益：

位置環(huán)增益直接決定了位置環(huán)的反應速度。在機械系統(tǒng)不產生共振或噪音的情況下，增加位置環(huán)增益，減小位置跟蹤誤差，縮短定位時間。但過大的位置環(huán)增益也會造成機械系統(tǒng)抖動或定位超調。位置環(huán)帶寬不可高于速度環(huán)帶寬，如下：

位置環(huán)帶寬(Hz)<=速度環(huán)帶寬(Hz)/4

如果慣量比參數G設置為JL/JM，位置環(huán)增益可以計算：

位置環(huán)增益(1/s)<=2*pi*速度環(huán)增益(Hz)/4

轉矩低通濾波器：

低通濾波器對高頻有很好的衰減，能較好的抑制高頻震蕩和噪聲，但對中低頻共振無抑制作用。例如絲杠連接負載時，增加剛性可以提高系統(tǒng)響應，當提高到一定程度時，有時會發(fā)生高頻共振，電流發(fā)生震蕩，使用轉矩低通濾波器會有較好的效果。

設置值越小，系統(tǒng)的響應性越能很好的控制，但受機械條件限制；設置值越大，越能抑制高頻共振，但太大設置值會造成響應帶寬和相位裕度減小，造成系統(tǒng)震蕩。

陷波器：

伺服驅動器中有兩個陷波器，可以同時使用，能抑制兩種不同的頻率共振。系統(tǒng)的共振頻率可以大概通過觀看電流波形計算得到，共振頻率知道的情況下，陷波器可以直接將共振現象消除；共振頻率不確定的情況下，可以從高到低逐步降低陷波器頻率設置值，直至電流振蕩最小的頻率設置值即為最優(yōu)值。

如果共振頻率是隨著時間或其他因素偏移的，且偏移范圍較大，則陷波器不適用。

陷波器不僅包括頻率這個參數，還包括陷波器深度和品質因數。陷波器深度越深，機械共振抑制效果越好，但會造成相位延遲大，有時反而會加大系統(tǒng)的振動；陷波器寬度越寬，品質因數越小，機械共振抑制效果越好，但也會造成相位變化區(qū)域大，有時也反而會加大系統(tǒng)的振動。

實際應用中,[剛性]這個詞,我們經常用到,那么對于設備剛性調節(jié)根據經驗,可以這樣調節(jié)到一個合適的值:

在設備允許的情況下，盡可能增大剛性，當設備出現抖動時，減小剛性。