试析数控机床伺服系统的性能调整与改进

王九高

摘 要：数控机床要提高工作效率，增加数控机床加工时的正确率，降低返工的成本，就需要对影响数控机床加工的伺服系统有所了解，尤其是对伺服系统的性能有所研究，才能达到促进数控机床工作质量的效果，同时还要对影响伺服系统性能工作的各项因素有所分析，找到能够改进伺服系统性能的方法和措施，提升伺服系统的性能运行，因此，本文试图对伺服系统的性能展开研究，以此来提高数控机床加工的速度，保证数控机床工作的质量，为伺服系统的研究提供参考。

关键词：数控机床；伺服系统；性能调整；改进方法

就数控机床的运行来说，很大部分的动力来自伺服系统，因此，要提升数控机床的性能，就不得不去研究伺服系统的性能，尤其是伺服系统在稳定性、便捷性以及精确度方面的性能如果得到很好的发挥能够有效的提升数控机床的工作运行。

一、分析数控机床伺服系统的性能

数控机床中的伺服系统涵盖面广，且数量众多，就当前的应用来看，交流伺服系统的运用较为普遍，而伺服系统在数控机床加工中的作用在于能够以较快速度复制出输入的距离，同时，伺服系统在实际工作中要做到如此，主要在三个环节的合作下才能发挥作用，包括电流、速度以及位置上的控制环系统是伺服系统工作的基础，因为只有具有三环控制环的系统才能输出较好的波形，速度环和位置环分别控制速度以及位置，且要判断伺服系统的运行效果是否是最好的，需要根据稳定性、动态性以及稳态性的特点来观察。

二、针对伺服系统的性能调整分析

就交流伺服系统来说，只有与机械完成高匹配才能很好的运行，但要实现交流伺服系统与机械的匹配是一件不易的事，因为伺服系统中的速度环和位置环处于不同的增益状态下，一般而言，用户不能准确的将机器使用时的位置环与速度环达到平衡的增益状态。因为位置环增益的时候，速度环不一定同时向相向的方向进行增益，反而会引起速度环产生影响，出现振荡的现象。

（一）控制好伺服系统的位置

在伺服系统的位置控制方面主要采取数字来加以控制，保证位置的增益随着机器的运行来发展，但同时位置的增益又与机器的刚性有联系，刚性较高时，位置的增益较大，机器的响应相应也会较高；而当处于刚性适中或较低时，对位置的增益来说就不适宜设置得较高。

（二）控制好伺服系统的速度

对数控机床的伺服系统而言，其运行时的动态性与机械的负载状况有关，而要提高伺服系统的动态性的性能就需要考虑机器的负载能力，对此，可采用PI和IP两种形式来促进动态性能的发展。就IP控制而言主要以处理积分项为主，而PI的差异在积分器上，PI除了处理积分项外，还要控制比例项。[1]

三、调整伺服系统性能的方法

由上述对伺服系统的性能所展开的分析来看，发现伺服系统主要在位置以及速度上的差异，因此要遵守将位置环与速度环的增益同时加以调整的原则，同时还要提升伺服系统内部各环的调整方法：

（一）满足位置环增益的低值要求

对伺服系统的性能展开调整，要保证位置环处于较低数值的范围上，同时还要根据机器的响声以及振荡来判断速度环应该处于何种数值上，才能使二者处于相互和谐的运行状态。此外，在调整速度环时要考虑机器的负载量，因为只有负载量以及传动链之间的数值能够对速度环产生影响。

（二）慢慢改善速度环的增益数值

在机器的刚性以及负载量不清楚的情况下，对伺服系统进行调整工作时，需要调整位置环。然后再调整速度环的增益，并且最后要将位置环与速度环的增益保持在较适宜的数值。促进伺服系统达到平衡的状态。[2]

四、改进伺服系统性能的措施

（一）利用观测器改进伺服系统

对改进伺服系统性能的措施来说，需要及时的引入相关的系统装置帮助改进，利用观测器来实现目的就是较好的改进措施，观测器具备消除高频率的振动，促进速度环工作的功能，尤其是在数控机床机器中，观测器能够改变速度以防止振荡对速度造成的干扰，并且由于实际的观察过程中不存在实际的速度分量，所以观测器能够很好的被利用来改善振荡给速度环带来的影响。就观测器实际运行时，需要对速度进行估算，以便能够及时的控制速度，形成反馈信息，并且干扰转矩会对高频振动产生影响，增大速度增益时的幅度，造成一定阶段的振动，而观测器能够很好的将高频率的电动及时化解，低频的成分则能发出反馈信息。[3]

（二）控制伺服系统的前馈

根据伺服系统的前馈运行特征来看，前馈控制能够较好的是位置增益与速度增益处于相对平衡的状态，并且对机器的相应的速度以及位置都能很好的检测，促进伺服系统的动态性能运行，有效的保证了数控机床加工的质量，将位置环与速度环之间的矛盾降低到最小。除此之外，在伺服系统的速度环上同样设有前馈的功能，以发挥前馈对伺服系统改进的作用，速度与位置之间可利用机器上速度的响应功能，来设定更为准确的前馈系数保证位置增益得到较好的控制。

五、总结

数控机床要实现高效率的加工作业，需要加强对伺服系统性能的调整力度，就伺服系统的调整分析来看，在位置环和速度环上的增益直接影响伺服系统发挥作用，因此，需要提出改进二者之间的关系的有效措施，提升对伺服系统的调整能力。

参考文献：

[1]宋春雷.数控机床伺服参数调整方法[J].安阳工学院学报，2017，16（2）：14-16.

[2]魏胜.数控机床伺服系统原理分析与性能调整[J].组合机床与自动化加工技術，2010（5）：81-82.

[3]陈飞飞.数控车床的伺服系统调整技术[J].电子制作，2014（9）：122.