西门子CNC4YOU

一台CK1440A南京数控车床的CCU1控制板升级为CCU3后Z轴运行不正常，现象是Z轴移动速度稍快一点就振荡加啸叫。

振荡的原因应该是参数问题，因为这台设备的CCU1刚升级为CCU3，虽然各轴能动作，但还未优化，可能是参数与机械部分不匹配。

尝试更改Z轴的MD32300加速度和MD32200位置环伺服增益参数，均不见效，所以决定对Z轴速度环进行驱动优化。

这台设备是西门子810D系统，人机操作硬件为MMC100.2，HMI上无驱动优化功能，所以用电脑上的Startup tool软件（现在叫HMI Startup）来做驱动优化。

驱动优化的目的是通过增加比例增益（参数1407），降低时间常数（参数1409）来提高设备的动态特性，而优化的过程中往往伴随着机械“共振”，即所谓的振荡和啸叫，这就需要根据波特图来找到这些共振点，通过增加电子滤波器的方法来将其抑制，最终为增加增益和降低时间常数创造条件。

驱动轴是由电流环、速度环和位置环组成的，电流环是为了稳定速度环的，速度环是为了稳定位置环的。

一般位置环仅是一个比例调节器，调节起来比较简单，电流环和速度环是由比例积分调节器组成的，是驱动的核心部分。速度环又是驱动优化的调整重点，当其优化好后驱动优化基本就完成了。

电流环的优化过程和速度环基本一样，由于西门子驱动和电机一般都是配套的，所以电流环基本上不用优化，只有对第三方电机和需要在现场安装的直接驱动电机（直线电机和力矩电机）需要优化。本例中设备的数控系统从NC控制模块到电机全部为西门子810D配套产品，故电流环也基本不用优化，从下文提到的波特图就能看出来。

电流环的优化主要是调整其增益和积分时间常数，没有滤波器可用，注意对于没有平衡装置的垂直轴要防止掉下来。

速度环优化时，HMI界面上的测量参数用系统默认的即可。优化中，在不引起振荡的前提下尽可能提高增益（参数1407）、降低积分时间常数（参数1409），若轴有振荡则根据速度环波特图找出振荡区域的频率，通过设置电流环滤波器的方法加以解决（本例就是用这个方法消除了Z轴振荡）。

若速度环在低频部分（小于100HZ）动态特性就不好，仅靠增加电流滤波器从而进一步提高增益的效果就不明显，这时可以用参考模式的方法来提高增益。

参考模式是在速度环的给定部分附加一个与参考频率有关的给定，同时还能让速度环既保证快速响应还不超调而引起振荡，这样既提高了系统的动态特性，又提高了工件表面的光洁度。参考模式的调整涉及到两个参数：

MD1414 参考模式频率，一般在100左右，值越小，参考模式的效果越大

MD1415 参考模式阻尼，默认值为1，一般不用修改

当电流环和速度环优化以后，位置环的特性就会明显改善。位置环优化时根据其波特图调整MD32200（位置环增益）和MD32300（轴的加速度）就可以了。

本例未对驱动做过多优化，主要以解决Z轴振荡和啸叫为主，下面是具体操作步骤。

一、Z轴优化

1、标准参数下（见图1和图2）测得的电流环波特图为图3，Z轴电流环图形较好，不再优化。

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图1

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图2

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图3

图3即为西门子驱动优化的波特图，上半部分是表示输出和输入的幅值比，下半部分是输出和输入信号的相位差。理想情况是输出的幅值等于输入信号的幅值，并且没有相位差。

每次测量，不管测什么环，都需要返回Measurement界面（与图2类似），然后点右侧的Sart，会看到左下角提示按NC START键，这时按一下MCP上的NC START键，则会开始优化。然后会看到轴有微小的位移（如果是主轴速度环优化则会连续低速转动），界面左下角也有测量激活提示。测完后会看到优化后的参数自动存入系统，最终显示界面如图4，左下角也会有已测完的提示。

注意，这个过程必须是在JOG方式下进行，而且机床须处于正常启动、加伺服使能、无报警（如卡盘未卡紧等）状态。

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图4

2、Z轴的速度环优化

标准参数下（见图5和图6）测得的速度环波特图如图7

图片5.png

图5

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图6

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图7

在376.5625HZ附近波特图有尖峰（见图8），输出超出输入，这应该是振荡的原因。

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图8

针对上图，决定在尖峰输出处加一个电流环滤波器，即Z轴电流环第2滤波器，因为第1滤波器一般为低通滤波器，第2、第3、第4可为带阻滤波器。

在波特图中点X marker Off键，按键盘上的向右键，将光标移到尖峰最高点处，显示频率为376.5625（见图8），故将此频率填入Z轴电流环第2滤波器参数MD1213[0]（带阻频率），以便优化；此尖峰脉冲宽度左侧到320HZ，右侧大约476HZ，参数设置时带阻宽度取200HZ。

在相位图中点X marker Off，将光标移到180处，显示频率为229.6875（未抓图），故将此频率填入电流环第2滤波器参数MD1204[0]（拐点频率），以便优化。

设置参数如下

MD1200[0] 0 → 4

MD1201[0] 0 → 2

MD1204[0] 0 → 229.6875

MD1213[0] 3500 → 376

MD1214[0] 500 → 200

参数说明：

MD1200 电流环滤波器生效个数

系统最多能提供4个滤波器，第1个滤波器被系统默认为低通滤波器，一般是从第2个滤波器开始使用

MD1201 电流环滤波器的特性

这个参数的低4位每一位都对应着一个滤波器，第0位对应着滤波器1，第1位对应着滤波器2，第2位对应着滤波器3，第3位对应着滤波器4

低4位每一位都可以设为0或1，设为0表示是低通滤波器，设为1表示是带阻滤波器。由于系统默认第1个电流环滤波器为低通滤波器，所以第0位也应设为0。

设置时可以根据需要直接输入数值，也可以点击参数右侧的“选择”图标，在弹出的对话框中将相应的位打勾，打上对勾的代表设置为1，未打勾的意为0。

MD1202 滤波器1的拐点频率

MD1210 滤波器1的阻断频率

MD1211 滤波器1的带阻宽度

MD1204 滤波器2的拐点频率

MD1213 滤波器2的阻断频率

MD1214 滤波器2的带阻宽度

MD1206 滤波器3的拐点频率

MD1216 滤波器3的阻断频率

MD1217 滤波器3的带阻宽度

MD1208 滤波器4的拐点频率

MD1219 滤波器4的阻断频率

MD1220 滤波器4 的带阻宽度

注意，修改MD1201参数时，不管改为什么，只要不是原来的0，就报300766 Axis drive 1 blocking frequency > Shannon frequency，并且按MCP上的复位键消不掉，只有改回0，按复位才能消掉。这种情况下，可以不用管报警，只管继续改其他参数，待改完所有参数后，按复位键则可消除报警。然后点左下角的向上键（如图9），会弹出一个对话框，问是否保存参数（如图10），点YES保存即可。