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交流伺服驅動器電流環的整定


電流環是伺服驅動器控制回路的內環,其整定性能直接關乎驅動器的性能。目前,大部分商業伺服驅動器的內環是不能手動整定的,但有的廠家的伺服驅動器,比如ABB的Microflex e190和Motiflex e180伺服驅動器,是可以直接整定電流環的。本文以ABB交流伺服驅動器為依托,簡單介紹一下伺服電流環的整定。

電流環整定說明

常用階躍信號對電流環進行整定。一般情況下,階躍響應是系統可能遇到的最糟糕的情況。位置環產生給速度環的指令,以及速度環產生給電流環的指令都比階躍信號平滑得多。因此,如果系統能對階躍信號有一個滿意的響應,它在更平滑的運行條件下,響應會更好。

電流環一般使用PI整定策略,KIPROP為電流環的比例增益,為電流環引入阻尼項,KIINT為電流環的積分增益,可提升電流跟隨的靈敏度。

說明:   KI表示電流環的增益。
PROP:Proportional, 比例
INT:  integral,積分

通過帶寬調整電流環增益

可以通過設置電流環的帶寬,直接確定電流環的增益,帶寬越大,比例和積分增益也越大。帶寬設置過大,電流響應容易有過沖,且帶寬如果過大,電機噪音也較大。圖1為不同帶寬時的整定結果:

圖1:不同帶寬時的整定曲線
不同帶寬時的整定曲線

其中紅色為給定電流階躍信號,藍色為實際電流信號。左圖帶寬為1500,右圖帶寬為3000。通過觀察兩圖紅圈標示區域可見,帶寬3000時的電流響應性更好一些。

定性觀察比例增益(KIPROP)的作用

如前所述,KIPROP為電流環引入阻尼項。具體而言,當比例增益較小時,跟隨電流容易出現過沖,提升比例增益有助于抑制過沖。但比例增益不能調得太大,不然可能引起電流振蕩。

如圖2,固定KIINT為350。當比例增益為0.15時,電流有過沖的傾向。隨著增益的增大,阻尼逐漸增大,過沖被抑制。

圖2:比例增益的作用
定性觀察積分增益(KIINT)的作用

積分增益可以提升電流跟隨的靈敏性。圖3為當KIPROP固定為0.3時,不同積分增益的情況下的電流跟隨曲線:

圖3:積分增益的作用

圖3:積分增益的作用

由上圖可見,隨著積分增益的增加,電流跟隨的靈敏度(實際電流與給定電流之間的實時偏差)越來越小。積分增益調得太大,容易引起過沖,此時又需要提升比例增益以抑制過沖。

通過KITRACK進一步提升電流跟隨精度

當比例增益和積分增益調整,結果比較滿意時,可以通過KITRACK參數,進一步提升跟隨的靈敏度,降低實際電流相對于給定電流的“延遲”。伺服電機自整定時不會整定KITRACK,如需要,需手動設置。KITRACK是一個百分比數,取值范圍為0~100.

如圖4,左圖為整定完比例和積分后的效果。右圖為KITRACK提升到80以后的效果,還是能看出一定程度的改進的。
圖4:KITRACK的作用

圖4:KITRACK的作用

KITRACK如設置太大,也可能引起電流過沖。

電流環的手動整定

一般情況下,伺服驅動器會給出電流環自動整定的結果,為加深對電流環整定的理解,我們看一下電流環手動整定的過程,并觀察整定結果。

一般而言,積分增益至少是比例增益的20倍或更高。我們從KIPROP=0.05, KIINT=1開始整定。

圖5:增大KIINT以提升響應
圖5:增大KIINT以提升響應

從圖5左圖可看出,電流基本無響應。把KIINT從1增加至10,從10增加至100,可得到中間和右側兩個電流跟隨曲線。

逐步增大KIINT以提升響應靈敏度。當KIINT較大時,電流出現過沖,此時再增加KIPROP以抑制過沖。

 

圖6:增大KIPROP以抑制過沖
圖6:增大KIPROP以抑制過沖

如圖6所示,保持KIPROP為0.05,當KIINT增加至150時,電流出現過沖。

把KIPROP從0.05增加至0.1,增加電流阻尼項,可看到電流過沖被抑制。

可交替增加KIINT和KIPROP,直至得到較滿意的整定曲線。

當比例和積分增益整定完成后,再適當投入KITRACK參數,以進一步降低實際電流曲線相對于階躍信號的滯后!

總結

伺服電機的電流環整定,主要使用PI整定策略。比例增益引入阻尼項,積分增益提升跟隨靈敏度??商嵘e分以提升響應靈敏度,當電流出現過沖時增加比例增益以抑制過沖。交替增加積分和比例,以獲取滿意的結果。

最后,可嘗試加入KITRACK,以進一步降低電流跟隨的“滯后”,改善整定效果。

 

 

 



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