摘要：数控机床是一个复杂的机电一体化系统，通过选用适当的交流伺服驱动系统，并掌握其参数调整方法，进行准确的参数配置。本文提出的数字交流伺服参数的整定方法对推广交流伺服系统的应用，提高数控机床的实用维护水平有着积极意义。
关键词：数控机床；交流伺服系统；参数设定；故障排除
数控机床在加工制造业中占有比例越来越大，机床对交流伺服系统的性能要求也越来越高，交流伺服的参数必须很好的与机床相匹配，从而保证机床的整体设计使用性能。数控机床是一个复杂的机电一体化系统，通过选用适当的交流伺服驱动系统，并掌握其参数调整方法，进行准确的参数配置，可以保证机床的整体设计使用性能，适应不同的机床惯量与负载，可以大大提高工件的质量，以及机床的工作效率。
1 交流伺服系统参数
通常情况下，交流伺服驱动系统从整体上通过三环对电机进行控制:包括位置环，速度环和电流环。
大部分交流伺服系统位置环均采用比例调节器，因为积分调节虽然可以减小系统的静差，但会产生位置超调，在需要高跟随性能的系统中，可以增加位置前馈增益参数。速度环和电流环采用比例积分调节器。
下面对影响数控机床性能的交流伺服主要参数及意义说明如下:
a.速度比例增益参数主要是设定速度环调节器的比例增益，增益越高，刚度越大，参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定，一般情况下，负载惯量越大，设定值越大;
b.速度积分频率参数(速度积分频率为速度积分时间的倒数)主要是设定速度环调节器的积分频率，积分频率越大，刚度越大，参数数值根据具体的伺服驱动系统型号和负载情况确定，一般情况下，负载惯量越大，设定值越小;
c.速度检测低通滤波器参数，主要是设定速度检测低通滤波器特性，数值越小，截止频率越低，电机产生的噪音越小，如果负载惯量很大，可以适当减小设定值。数值太小，造成响应变慢，可能会引起振荡;
d.位置比例增益参数，主要是设定位置环调节器的比例增益，设置值越大，增益越高，刚度越大，相同频率指令脉冲条件下，位置滞后量越小，但数值太大可能会引起振荡或超调;
e.电流积分频率参数，主要是设定电流环调节器的积分频率，积分频率越大，积分速度越快，电流跟踪误差越小，但积分时间太大，会产生噪声或振荡，该参数仅与伺服驱动器和电机有关，与负载无关，一般情况下，电机的电磁时间常数越大，积分频率越小。在系统不产生振荡的条件下，该参数值设定尽量较大;
f.电流比例增益参数，主要是设定电流环调节器的比例增益，增益越高，电流跟踪误差越小，但增益太高，会产生噪声或振荡，该参数仅与伺服驱动器和电机有关，与负载无关，在系统不产生振荡的条件下，该参数设定值尽量较大;
g.电流或转矩指令低通滤波器截止频率参数，该参数主要是设定电流或转矩指令低通滤波器截止频率，用来限制电流或转矩指令频带，避免电流或转矩冲击和振荡，使电流、转矩响应平稳。
调节改变交流伺服参数，伺服系统的特性发生改变，比例环节参数的作用即成比例的反映控制系统的偏差信号，当偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差；积分环节作用主要用于消除静差，提高系统的无差度；滤波器的作用主要限制反馈指令的频带，避免外部干扰冲击和震荡，控制系统响应平稳。
在数控机床系统中，交流伺服较高的速度、电流增益可以带来高的伺服系统响应和刚度，因此可以减小机床的加工形状误差，提高定位速度。作为一般的调整规则，在整个机床允许的情况下，速度电流增益以及积分时间常数尽量调高，以减少系统的静差，提高系统的刚度。
2 交流伺服系统参数设定与故障排除
数控机床作为一个复杂的系统，机械有其固有的谐振频率，且机械的特性随着时间以及使用损耗等情况都会有不同的变化，只有针对不同的情况对驱动器参数进行最优的调整，才能保证机床处在最佳性能状态。下面我们结合实例针对不同的故障现象情况，对交流伺服驱动系统的参数进行分析，给出解决的方法。
2.1 谐振的处理
机床谐振通常是在机床高速运行停止后，机床发生高频抖动，有时会伴有刺耳的“嗡嗡”声。每个机械系统都有自己固定的谐振频率，如果机械系统中存在超过200 Hz的强烈谐振，为了消除谐振，使用调高的速度滤波器常数，在提高滤波器常数依然不能消除谐振的情况下，就要通过调整其它的速度环参数来配合。2005年初，某机床厂机床发生谐振，机床停止后高频震动，并伴有刺耳尖叫声。调整速度反馈滤波器常数后，尖叫声变小，但现象没有完全消除。现场分析后，决定降低速度积分频率，提高速度比例增益。调整后，现象消除，机床加工性能良好。速度积分频率越高，速度跟随性越好，静差越小，但系统调节的频率更快，与机械的谐振频率越接近。通过加大比例调节作用，减小积分调节作用，消除了机械的谐振，并且保证了系统的高响应特性和高刚度，保证了机床的整体性能。
另外，我们还可以通过调整电流或转矩滤波器常数来抑制谐振，使用低通滤波器或者带阻滤波器滤掉由转矩指令产生的谐振。
2.2 丝杠噪音的消除
机床在使用一段时间后，随着机械特性的改变，机床运行过程中，丝杠可能会产生刺耳的噪音。这时候我们可以通过调整伺服系统的参数来消除噪音，保证机床处在最佳的运行状态中。一般情况下，可以通过降低速度反馈滤波器常数来消除噪音，速度反馈滤波器的主要作用是用来限制速度反馈的截止频率，滤掉外界串入的干扰，以及速度的高频变化，保持速度调节的稳定性。如果仅降低速度反馈滤波器常数效果不理想的情况下。可通过同时降低速度积分时间常数来消除噪音。
2.3 位置跟随误差调整
在加工过程中，如果发现位置跟随误差比较大，例如加工圆的过程中径向误差比较大，可以通过适当提高位置比例增益来降低系统的跟随误差，需要注意的是插补轴之间的位置比例增益应该保持一致。在对位置跟随性要求很高的系统中，也可通过调整位置前馈增益来降低系统的跟随误差，降低机床加工中工件的形状误差。
2.4 码盘零点偏差的纠正
伺服电机上都装有光电码盘，在使用过程中可能会使码盘零点偏移，从而降低电机的控制性能，这个时候大部分系统要求对电机进行机械调零，有的交流伺服系统可以通过调节磁极零点位置偏置参数修正零点偏移，节省时间，提高了维护的效率。
3 结束语
交流伺服技术自九十年代初发展至今，技术日趋成熟，性能不断提高，现已广泛应用于数控机床等领域。数控机床是一个复杂的机电一体化系统，机床的整体性能要求很高，使用过程往往要求高速高精度而且要运行平稳。数控机床使用过程中往往出现运行不平稳，响应慢，震动，出现尖叫声及震动噪音，特别是机床惯量及负载发生改变时容易出现这些故障现象。当出现这些故障现象时，通过调整伺服系统，可以使机床与控制系统更好地配合，从而使机床达到最佳性能。目前国内交流伺服系统的应用越来越广泛，交流伺服的参数有很多项，由于参数设置匹配的不精确，往往导致机床不能达到最佳的加工性能，并且降低了机床的使用性能及加工效率。
