内容发布更新时间 : 2024/10/20 8:26:07星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

FANUC主轴驱动直流调速系统转速超调的抑制

： the paper explores the introduction of negative speed differential feedback correction into FANUC 6 DC spindle driving speed control system to inhibit the speed overshoot， then MatLab is used to build a rapid computation and simulation analysis platform for this correction model.

Keyword： DC speed control； speed overshoot； correction； simulation 1 引言

FANUC 6主轴驱动直流调速系统是日本FANUC公司在20世纪80年代以前最具代表性的产品，当时我国进口的很多数控机床都采用了该系统。基于成本、体制等各种原因，虽然运行周期己较长，但直到现在相当多的企业仍在继续使用。因此该类机床设备目前多处于故障高发期，在各类故障中，主轴转速超调是较为常见的一种故障形式。本文主要针对这一问题提出优化改造方案，并利用MatLab软件建立该校正模型的快速计算及仿真分析平台。

2 转速超调抑制的工作原理

FANUC 6主轴驱动直流调速系统是一种双环调速系统，通过“电流控制环（ACR）+速度控制环（ASR）”的方式，对直流伺

服电动机电枢进行调速。双环调速系统将良好的稳态特性和动态特性结合在一起，并且结构简单，工作可靠性高。但其动态精度主要是通过速度环基于速度偏差来控制，因此输出转速曲线必然会有一个较大的超调阶段。当工件加工要求较高时，这种超调特征就会带来定位精度超差等问题而无法满足生产要求。随着机床工作年限的加长甚至超期服役，其零件磨损更是加剧了转速超调故障的程度。

从工作原理上来说，抑制转速超调的有效方法是在转速环之中加入转速微分负反馈校正环节，提高系统的稳定裕度，减少动态速降。采用带微分负反馈的转速控制环可实现现代控制理论中的全状态反馈最优控制[1]，达到最优动态性能。

FANUC 6主轴驱动直流调速系统的工作原理见图1[2]。 在速度环中加入转速微分负反馈的转速调节器如图2所示[3]，在普通转速调节器中并联了微分电容Cdn和滤波电阻Rdn，在转速负反馈基础上叠加一个带滤波的转速微分负反馈信号。 将上述加入转速微分负反馈的FANUC 6主轴驱动直流调速系统转化为系统动态结构图，则如图3所示。

转速微分负反馈校正环节中需要确定的参数是Cdn和Rdn。图中的时间常数τdn=R0Cdn，Todn=RdnCdn=Ton。因此，只要确定τdn，就可以计算出Cdn和Rdn。4 Simulink快速校正模型建立

传统的双环直流调速系统超调抑制工程设计方法虽然比较

成熟、简单易行，静态指标整定效果较好。但计算量偏大，需要不断试算比较，校正效果过于依赖设计者经验，效率较低。为了解决上述问题，可采用“MatLab软件编程初算+Simulink平台仿真”的模式。具体作法是，首先利用MatLab软件将上述工程计算步骤程序化，编写为M文件，这样就可以迅速计算出初步的理论数据；再通过MatLab中的Simulink平台构建转速超调校正系统结构图仿真模型，将初算的数据代入模型中，观察校正的效果，得到最佳校正参数。整个校正设计过程，工程人员只需要代入初始的相关参数即可得到最终的校正数据。

以上工程计算的M文件编程只要稍有MatLab编程基础都可写出，这里不再赘述。下面根据图3的校正系统结构图，在Simulink中建立仿真模型如图4所示。

图4中系统内环的转速调节器ASR采用了P调节器，参数为比例系数Kn；电流调节器ACR采用了PI调节器，参数为比例系数Ki和积分时间常数τi；内外环所用到的各级滤波器是根据相应滤波环节产生滤波延迟的主要特性仿真为一阶惯性环节，主要参数为时间常数Ton、Toi及反馈系数α、β；电机电枢回路根据机理方程可建立一阶惯性环节的传递函数模型，主要参数为电枢回路总电阻R和电枢回路电磁时间常数Tl；传动系数为R和机电时间常数Tm；晶闸管装置具有放大和整流作用，因此也可建立为一阶惯性环节，参数为比例系数Ks和时间常数Ts。在转速环的负反馈回路中加入微分负反馈校正环节对超调转速进