SINAMICSS120驱动系统优化配置与调整

西门子S120是基于闭环反馈控制工作原理的全数字化交流伺服进给系统，反馈控制主要解决好偏差和扰动问题。伺服位置系统中的电流、速度和位置环的反馈控制全部数字化，三环反馈PID控制的软件伺服算法结构和参数均可以改变，具有更好的动态、静态性能。为达到更好的控制效果，要合理匹配调整三个闭环反馈环节的参数、优化控制。

（1）S120驱动系统的配置 先通过NC口令“SUNRISE”进入制造商操作权限，进行一次NCK复位后，系统会出现120402报警，等待驱动系统启动完毕，系统会进入自动配置驱动系统的界面，询问是否要进行系统自动配置驱动系统，单击“确定”按钮，在驱动固件升级完毕后，必须进行驱动的出厂设置和拓扑识别，否则驱动系统可能出错，闭环控制要进行第二编码器配置。

第二编码器配置：驱动配置（基本）轴参数驱动逻辑号的分配，使用驱动配置界面的assign功能。

注意：当驱动配置有变化时（例如，增加全闭环），需重新分配或手动修改轴参数。

驱动配置（基本）PLC激活进给轴接口信号：

SET

=DB31.DBX2.1——controller enable

=DB31.DBX21.7——pulse enable

=DB31.DBX1.5——position measuring system1

驱动配置（基本）拓扑结构比较等级，更改拓扑比较等级。当移除驱动部件，驱动系统触发相应的报警，设置通用参数MD13150显示驱动报警。

MD13150$MN_SINAMICS_ALARM_MASK=909H（系统默认设置，屏蔽部分驱动报警）

MD13150$MN_SINAMICS_ALARM_MASK=D0DH（显示所有驱动报警）

驱动配置（基本）组件屏蔽参数应用：

1）屏蔽第二编码器。

P145[1]=0

2）驱动系统中增加额外的编码器。

驱动配置（扩展）NX硬件配置：NX10最大控制3个伺服轴，NX15最大控制6个伺服轴。NX10、NX15只含有4个DRIVE_CLiQ接口，其他只能与CU连接。

驱动器及电动机参数自动配置，系统初次调试必须做驱动系统出厂设置。选择调试，驱动系统，选择出厂设置，包括三个选项：当前驱动对象、驱动设备、驱动系统。驱动系统保存数据，NCK reset。驱动系统的拓扑识别，供电模块配置，做不带DRIVE_CLiQ西门子标准电动机配置，做第二编码器配置，驱动逻辑号分配，NCU X122/X132端子信号分配，PLC程序控制驱动系统通电时序。保存数据后，NCK复位、重新通电。

驱动优化：当使用上述缺省设定不能满足要求时，需要进行优化调整，先利用测试（measurement）和跟踪（servo trace）优化单个轴，再利用圆度测试（circularity test）协调轴之间的关系，最后才是通道以及系统的调整。(www.xing528.com)

优化单个轴的顺序：电流环（西门子1FK/1FT电动机没必要做）；速度环；位置环以及跟踪。

优化的方法：用SINUMERIKHMI-Advanced软件优化的方法主要用于手动优化，需要进行各种不同的测试，从而全面地了解优化对象的特征，进行手动调整。

测试时的顺序为：选定测试类型（如参考频率响应）；设定合适的测试参数（如幅值、频宽等）；启动测试；在显示中观察结果。测试的种类有参考频率响应、阶跃响应以及扰动响应等，分别用于电流环、速度环、位置环，另外还有圆度测试、伺服跟踪等。

（2）速度控制环优化 速度调节器的优化过程可以利用傅里叶分析，如图6-7所示。

以波特图的形式将幅频特性和相频特性显示出来，其目的是通过优化得到数据，使驱动系统的频率特性的幅值在0dB处保持尽可能宽的范围。提高速度比例增益P1460，频宽也增加，响应特性得到增加；当比例增益增加到一定数值后，幅频特性的幅值在0dB会极度变化，超过1～3dB时，应适当降低比例增益。在确定比例增益后，可以优化速度积分时间常数P1462，逐渐减少积分时间，直到频率特性的幅值超过0dB，允许不超过3dB的幅值增加，一般P1462应保持小于20ms。

图6-7 速度环响应波特图

由上述速度环响应波特图可以得出：

1）在中频段以-20dB/dec的斜率，十倍频左右宽度穿越0dB线，穿越频率值适度，保证足够的相位裕量。

2）在低频段有足够的高度，保证稳态精度。没有转折频率很低的惯性环节，否则对应的积分时间常数过大，会导致系统响应太慢。

3）在高频段有足够的衰减特性，抗干扰性强。因为干扰等噪声信号都属于高频信号，所以高频段应该截止这些信号。

（3）电流控制环优化 电流调节器的优化过程与速度调节器的优化过程基本相同，调整电流比例增益P1715，电流积分时间常数P1717，使频率特性的幅值、频宽、响应特性尽可能增加；电流环优化的另一个重要内容，是寻找各个电流滤波器的特征频率设定值（应保持小于2000Hz）。

（4）位置控制环优化 由于数控机床各个坐标轴具有不同的机械特性和不同的跟随特性，各个坐标轴就会有不同的跟随误差，其结果导致联动坐标轴合成的轨迹发生畸变。

可从以下几个方面减少跟随误差：尽可能减小各坐标轴之间机械特性的差异，有相同的动态响应；为不同的坐标轴尽量设置相同的控制数据，特别是位置伺服增益；通过摩擦补偿或前馈补偿功能进行补偿。

位置增益MD32200：增加位置增益可以减小跟随误差，但位置增益不能调得太大，否则会导致系统的过度超调，甚至出现振荡现象。

加速度增益MD32300：增大加速度增益尽可能快地保证位置的定位精度，但加速度不能调得太大，否则会导致动态转矩过大，不满足机电动态方程而产生机械振动。

在调整机床参数时，针对出现的问题，要多观察，综合分析，为提高精度，在无振荡的前提下，尽量提高位置环增益MD32200、速度环增益MD1460参数，增加伺服系统的刚性。