关键词：增益；惯量；积分时间常数

Abstract： This paper introduces tI1e basic criteria and gain method of  AC system．The reltionship between position loop in and speed loop in is described．The  for diferent rigid couping and different load inertia is analyzed．

Key words：gain；inertia；integration tirae constant

    全数字交流伺服系统由于其卓越的性能，在当今工业界正得到越来越广泛的应用。但要想把交流伺服与机械的匹配调整到最佳状态，并不是件很容易的事。其中最重要的也是最难调整的，就是位置环和速度环的增益。下面主要分析位置控制中增益的调整。

1  全数字交流伺服系统的结构框图

    从附图中可看到，伺服系统包含三个闭环反馈：位置环、速度环、电流环。用户不能调整电流环参数，设计中已保证电流环有足够的增益响应。用户需根据机器的刚性及负载情况，调整位置环增益和速度环的增益、速度环积分时间常数等参数，位置环和速度环必须同时被调整，以取得平衡的响应。如果仅增加位置环增益，速度参考值将波动，其结果是定位时间加长并产生振荡。因此，位置环和速度环的参数是互相影响、互相制约的。根据整机的性能及负载的状况将伺服性能调整好，是用好全数字交流伺服的关键。

2 增益调整的基本准则

a）位置环增益K_p。位置环增益主要影响伺服系统的响应。设定值越大，动态响应越快，跟踪误差越小，定位时间越短；但过大，有可能引起振动。因此．在整机稳定的前提下，尽量设定的较大。

b）速度环的增益k_v 。此参数决定速度环的响应性．在机械系统不产生振动范围内，尽可能设定较大值。此外，速度环的增益k_v  的设定与负载惯量有密切联系。一般来说，负载惯量越大，k_v 应设定得越大。

c）速度环积分时问常数T_t。在允许范围内，尽量设定较小值。

3 各环路增益调整的分析

3．1 位置环增益 K_p的调整 

    位置环增益K_p与整机的机械刚性有关。高刚性的连接时，位置环增益 K_p值可设定得较大，但不超过机械系统的固有频率，可得到较高的动态响应。中刚性和低刚性的连接时， K_p的设定值不能太高。否则会产生振荡。一般情况下，机械刚性可按下面几种情况分类：

a）电机与滚珠丝杠直连。丝杠较短，可认为是高刚性的连接，如精密加工机床、芯片插装机等，其机械系统的固有频率通常能达到70Hz。此时，位置环增益 最大值可设定为70（1ts）。

b）用齿轮或同步带耦合，则为中刚性的连接；用齿条、链条或谐波齿轮减速机来传动，则为低刚性的连接。带有齿轮传动的机器人结构，刚性较差，其固有频率约在5～30Hz之间，其位置环增益 通常只能在10—30（1ts）间设定。为增加机械刚性，电机负载必须牢固地固定在坚硬的基础上，电机轴与负载问的耦合必须是高刚性的。如果用同步带传动，同步带必须有较大宽度，必须尽量减小耦合齿轮的间隙。

3．2 速度环的增益k_v调整

    在交流伺服选型时，有些情况下，用户往往只考虑电机的功率和扭矩，忽略了负载惯量这个很重要的参数。通常全数字交流伺服电机分为大、中、小惯量三种类别，以满足用户不同需求的选型。一般情况下，折合到电机轴上的负载惯量在电机惯量的3O
倍以内时，全数字交流伺服均能正常工作。若负载惯量过大，其传动系统的性能指标将变差。遵循速度环增益 在允许范围内越大越好的原则，在高刚性机械如精密加工机床等，随着负载惯量与电机惯量比值的增加，速度环的增益 设定值应加大，以保证整个系统具有较高的响应。但在负载惯量比>10时，位置环增益K_p和速度环增益增加量不能太大，同时需加大速度环积分时间常数n，以保证机械系统的稳定。对于中刚性和低刚性的机械，在相同的负载惯量比时， 值要酌情减小，同时将速度环积分时间常数值增大。

3．3 速度环积分时间常数孔T_i 

    速度环积分环节的主要作用是使系统对微小的输人有响应。由于此积分环节的延时作用，积分时间常数T_i 的增将使定位时问增加，响应将变慢，因此，应尽量减小T_i的值。然而，如果负载惯量很大或机械系统刚性较差时，为防止振动，必须加大速度环积分时间常数T_i 。

4 位置控制时增益的设定方法

    由于各参数间的相互制约，整机刚性及负载惯量的不明确，增益调整时往往使人感觉无从下手，通常可按如下顺序进行：

a）将位置环增益K_p先设在较低值，然后在不产生异常响声和振动的前提下，逐渐增加速度环的增益 至最大值。在此三个参数中，只有K_v与负载惯量的关系最密切。调整K_v时，可参考传动链的结构方式和负载惯量的大小，预定设置范围。

b）逐渐降低K_v值，加大位置环增益K_p值。在整个响应无超词、无振动的前提下，将K_p值设至最大。

c）速度环积分时间常数T_i 取决于定位时间的长短，在机械系统不振动的前提下，尽量减小此设定值。

d）在取得单步响应后，对位置环增益K_P 、速度环增益岛及积分时间常数T_i 进行微调，找到最佳的匹配点。

    在调整高刚性机械传动性能时，为进一步改善动态响应速度，减小跟随误差，可设定前馈增益。但此值过大，将出现速度超调及振动现象。现在，全数字交流伺服系统中已采用自动调整的方式来设定增益。但在很多场合，如刚性较差、间隙较大、行程过长的场合，均无法完成自动调整。此时，必须在掌握各环路增益相互关系及调整方法的情况下，才能完成机器的调试工作。