罗克韦尔(AB)PLC讲解，运动控制讲解（6）轴的测试和调整

为了在伺服应用上获得最佳效果，要对轴进行测试和调整。在测试和调整过程中，轴反馈其物理状态，用以校准内部的位置环和速度环，其过程包括以下步骤：

A、连接诊断。

B、自动处理过程（自整定过程）。

C、动态调整。

D、增益调整。

E、输出调整。

A、 偏移量调整。

 

伺服驱动器（伺服放大器）模块7段液晶显示代码与含义。

伺服驱动器（伺服放大器）模块状态指示灯含义。

伺服驱动器（伺服放大器）模块通信状态指示灯含义。

伺服驱动器（伺服放大器）模块母线状态指示灯含义。

A、 连接诊断。

要测试的是：

1、反馈设备标记测试，手动旋转电机轴，完成电机内嵌编码器标记信号的检测。

2、反馈测试，手动旋转电机轴，确认反馈A/B/Z接线正确以及反馈A/B的极性。

3、命令和反馈测试，控制电机旋转，确认电机执行动作正确和反馈正确。

在进行连接测试之前

如果伺服放大器是Ultra 3000，要检验其如下状态：

--7段数字显示器显示4（表示驱动器配置完毕，并处于活动状态）

--Module Status（模块状态）指示灯为绿色闪烁（表示伺服环未闭合=0）

--Networks Status（网络状态）指示灯保持绿色

如果伺服放大器是Ultra 6000，要检验其如下状态：

--数字显示器显示4（表示驱动器配置完毕，并处于活动状态）

--Bus（总线）指示灯绿色闪烁（表示伺服环未闭合=0）

--Comm（通讯）指示灯保持绿色

在“Axis Properties – Axis0”对话框中的“Hookup”（Hookup [hʊkʌp] 连接，接线图）选项卡。如下图所示。

Test Increment：测试增量。（Test [test]：测试；考验。Increment [ɪŋkrəmənt]：增长，增量；增额）。输入测试时轴所需移动的距离。此处输入360度。

Drive Polarity：驱动器极性。（Polarity [pəˈlærəti]：极性；对立；配极）。表示驱动器伺服环的极性。通过 “Test Command & Feedback …”按钮执行命令和反馈测试而设置， MRHD 和 MAHD指令也可以自动配置该属性。

1、反馈设备标记测试，手动旋转电机轴，完成电机内嵌编码器标记信号的检测。在“Axis Properties – Axis0”对话框中的“Hookup”（Hookup [hʊkʌp] 连接，接线图）选项卡中，点击“Test Marker…”按钮，出现下图所示对话框，按照提示信息将轴转动一下。

【翻译：手动将轴转动足够大的范围以产生一个标记脉冲信号，并等待命令状态由正在执行中的状态改变为完成状态。如果本次测试标记命令失败，请检查错误产生的原因】

在手动转动轴期间，观察“Command Status”（命令状态），当显示由“Executing”（正在执行中）最后变为“Command Complete”（命令完成）。此时“OK”按钮变为可用状态。

此时点击“OK”按钮完成标记测试。如果检测不到编码器标记脉冲信号，则需要检查电机反馈电缆接线是否正确。

2、反馈测试，手动旋转电机轴，确认反馈A/B/Z接线正确以及反馈极性。

在“Axis Properties – Axis0”对话框中的“Hookup”（Hookup [hʊkʌp] 连接，接线图）选项卡中，点击“Test Feedback…”（测试反馈）按钮，出现下图所示对话框，按照提示正向（顺时针）将轴转动360度。

【翻译：手动将轴正向转动，并等待命令状态由正在执行中的状态改变为完成状态。如果本次测试反馈命令失败，请检查错误产生的原因】。

在手动转动轴期间，观察“Command Status”（命令状态），当显示由“Executing”（正在执行中）最后变为“Command Complete”（命令完成）。此时“OK”按钮变为可用状态。如下图所示。点击“OK”按钮完成编码器反馈极性的设置。

3、命令和反馈测试，控制电机旋转，检测控制器发送命令和接收驱动器反馈的信号是否成功。在“Axis Properties – Axis0”对话框中的“Hookup”（Hookup [hʊkʌp] 连接，接线图）选项卡中，点击“Test Command & Feedback ”（测试命令和反馈）按钮，出现下图所示对话框。

【翻译：在线命令会产生运动。在测试执行期间，观察轴运动的方向。执行在线命令吗？】

点击“Yes”按钮，确认执行在线命令。如下图所示。此时伺服驱动器的“Module Status”（模块状态）或者Bus（总线）指示灯由绿色闪烁状态变为常亮状态（表示伺服环已经闭合=1）

电机开始旋转，此时注意观察轴运转的方向以及电机运转是否有异常。

【翻译：检查轴是否在正方向移动。并等待命令状态由正在执行中的状态改变为完成状态。如果本次测试命令/反馈命令失败，请检查错误产生的原因】

在测试期间，约3S后，电机顺时针旋转一周，且旋转一周的同时，伺服驱动器的“Module Status”（模块状态）或者Bus（总线）指示灯由绿色常亮状态变为闪烁状态（表示伺服环已经断开=0）。当 “Command Status”（命令状态）由“Executing”（正在执行中）变为“Command Complete”（命令完成）。此时“OK”

按钮变为可用状态。如下图所示。

点击“OK”按钮。弹出如下对话框。点击“Yes”或“No”确认轴的运转方向是否为正方向（顺时针）。

【翻译：轴的运转方向是正方向（顺时针）吗？】

如果测试没有什么问题，则点击“Yes”,弹出如下图所示对话框。

【翻译：等待命令状态由正在执行中的状态改变为完成状态。如果本次测试命令失败，请检查错误产生的原因】

点击“OK”按钮，弹出如下图所示对话框。

【翻译：执行测试成功完成，驱动器极性已经被更新】

点击“OK”按钮，然后移除硬件使能输入信号（IOD- 2），完成测试，继续下面的轴的“Tune”（自整定）测试。

注意：如果测试失败，即出现下面所示的对话框。

【翻译：测试命令不能完成。命令超时，“Test Increment”（测试增量值）可能设置的过大】

此时，点击“OK”按钮à确认测试过程中母线状态指示灯变为绿色常亮à确认硬件使能输入信号（IOD - 2）已经施加到正在测试的轴上à确认“Conversion”（转换）选项卡中输入的“Conversion Constant”（转换常量）正确à确认“Hookup” （连接）选项卡中的“Test Increment”（测试增量）正确à重新点击“Test Command & Feedback…”（测试命令&反馈…）按钮进行测试。

A、 自动处理过程（自整定过程）（自动调试过程）。

自整定过程是为了设置和优化控制环的功能，使控制环获得最匹配的负载惯量，使得系统响应负载的变化时是平稳的。自整定期间，下列参数将被设置：

--比例增益。

--积分增益。

--最大速度、加速度、减速度。

如果在应用期间负载发生改变，必须对轴进行再次自整定测试。自整定测试过程必须在线进行。如果轴在“Limit”（限制）选项卡中设置了“Soft Travel Limit”（软件行程限制），则在自整定测试过程中必须要取消该限制。

在“Axis Properties – Axis0”对话框中的“Dynamic”（[daɪˈnæmɪk]：动态的；动力的，动力学的）选项卡。如下图所示。

记录下轴的“Maximum Speed”（最大速度）、“Maximum Acceleration”（最大加速度0）、“Maximum Deceleration”（最大减速度）的值，以备下面的步骤使用。

在“Axis Properties – Axis0”对话框中的“Tune”（[tju:n]：曲调，曲子；（使）和谐，调谐；调整语调；心情）选项卡。如下图所示。

Travel Limit ：行程限制。表示自整定期间轴能够移动的最大距离，即调节过程中不允许超出的行程范围。实际的调节过程中，电机轴通过传动机构或者直接与负载相连，所以该值的设置要防止调节过程中对机械设备的损坏，即要将该值设定在负载的限程内，但这并不意味着该值越小越好，如果SERCOS模块在轴运动已经超出行程限制之前，还未能完成对轴的调节，则会弹出对话框提示“Servo travel limit fault”（伺服行程限制故障），并终止调节过程。

Speed [spi:d]：速度。表示自整定期间轴可以达到的最大速度。一般应是最大动态速度的40%到80%之间。比如：当“Maximum Speed”（最大速度）=15300时，则“Speed”（速度）= 15300 X 40% = 6120 。

Torque / Force ：扭矩/力。表示自整定期间传递给轴的最大 转矩/力 命令值，应该设置为允许的最大的安全转矩级别。一般来说，如果设置为较小的值，则是为了限制轴的重载。若设置为100，表示调节过程中轴的最大转矩/力为100%额定转矩。

Direction ：方向。表示调试驱动器时命令的运动曲线的方向。如左图所示。一般设置为“Forward Uni - directional”（单向正向），表示在轴正方向（顺时针）运动时调节增益。

注意：“Forward Bi - directional”（双向正向）和“Reverse Bi - directional”（双向反向）主要用于调节摩擦补偿（Friction Compensation）和转矩偏移（Torque Offset）。

Damping Factor [dæmpiŋ ˈfæktə]：制动阻尼因子（因数）（系数）。

注意：如果阻尼系数较小，对轴执行阶跃响应时会使轴产生不可控的振动。如果阻尼系数较大，虽然使系统的阶跃响应没有超调并且很稳定，但动态响应会变慢。

Tune ：整定。实际使用中，需要根据电机轴所连接的实际负载情况、现场条件等因素，来进行适当的选择，从而使调节后的轴运动更加稳定，响应更加快速。主要由以下几项组成：

--Position Error Integrator ：位置误差积分器。决定是否计算位置积分增益。

--Velocity Error Integrator ：速度误差积分器。决定是否计算速度积分增益。

--velocity Feedforward ：速度前馈。决定是否计算速度前馈量。

--Acceleration Feedforward ：加速度前馈。决定是否计算加速度前馈量。

--Output Filter ：输出过滤器。决定是否计算输出过滤带宽和是否使用输出低通滤波。

--Torque Offset ：扭矩偏移量。决定是否计算转矩偏移量，此值将在“Offset”（偏移量）页面“Torque / Force Offset”（扭矩 / 力 偏移量）中被使用。如果此处未选择，则对应的值=0 。

--Friction Compensation ：摩擦补偿。（Friction [frɪkʃn]：摩擦（力）；冲突）。决定是否计算摩擦补偿，此值将在“Offset”（偏移量）页面“Friction Compensation”（摩擦补偿）中被使用。如果此处未选择，则对应的值=0 。

单击“Start Tuning”（开始整定）按钮开始整定，弹出如下对话框。

【翻译：在线命令可能导致轴的运动，执行在线命令吗？】

点击“Yes”按钮，确认电机开始运行。当调节完毕，将弹出“Tune Result”（调节结果。Result [rɪˈzʌlt]：结果；后果）对话框。如下图所示。

Position Loop Bandwidth ：位置环带宽。表示运动轴位置给点的相应速度。一般来说，带宽越高响应越快。

Load Inertia Ratio ：负载惯量比。（Load [ləʊd]：负载。Inertia Ratio [iˈnə:ʃjə ˈreiʃiəu]：惯性（量）比）。表示负载惯量和电机惯量之间的比值。

点击“OK”按钮。弹出“Apply Tune”（应用调节。Apply [əˈplaɪ]：应用，运用，适用；申请，请求；敷（药））对话框。如下图所示。

其中“Command Status”（命令状态）显示为“Command Complete”（命令完成）。

【翻译：等待命令状态由正在执行中的状态改变为完成状态。如果本次测试命令失败，请检查错误产生的原因】

点击“OK”按钮，显示自整定相关的属性或参数已被更新，如下图所示。

【翻译：应用自整定成功完成，自整定相关的属性已被更新，可以参考帮助列表】

点击“OK”按钮，移除硬件使能输入信号（）IOD - 2），完成轴的自整定过程。

如果测试失败，弹出下图所示的对话框。

【翻译：自整定命令不能完成，命令超时】

此时，点击“OK”按钮à调整“Tune”（自整定）对话框中的“Speed”（速度）值à更多信息可以参见相应的Logix 5000运动控制模块用户手册à重新点击“Start Tuning”（开始整定）按钮开始自整定。

自整定过程改变的相关属性（参数）：

自整定调节过程中可能遇到的普遍故障。

1、”Tune Speed”（调节速度）设置的过低。如下图所示。检查其值是否为“Dynamic”（动态）选项卡中“Maximum Speed”（动态最大速度）的40%至80%。

【翻译：调节速度过低，自整定命令不能完成】

2、”Tune Speed”（调节速度）确实在40%至80%之间，但仍然失败的话，可能是因为机械未能和带负载的电机相匹配。

自整定命令不能完成，伺服行程限制故障。如下图所示。可能存在的原因：

1、 “Tune Travel Limit”（调节行程限制）设置的过低。

2、 “Tune Speed”（调节速度）确实在40%至80%之间，所以调节速度没有达到造成限制故障。