伺服系统的参数直接影响到数控机床的精度和性能，因此在数控机床调试过程中，伺服参数的调整技术是一个重要的研究内容。目前，各品牌的数控系统有不同的伺服调整方法，对调试人员的经验要求较高，而且无法定量地评估参数调整的效果，致使许多数控机床不能发挥出最佳的动态性能，影响数控机床的有效使用。作者基于三菱数控系统及伺服驱动器的输出功能，开发了用于伺服参数调整的测试分析系统，通过采集机床运动过程中的运动参数，实现了伺服调整过程的图形交互。使伺服参数调整具有了可视化及定量评估的特点。
1 三菱伺服系统基本原理
三菱伺服系统采用如图1所示的三环控制方式。在三环结构中，电流环的作用是提高系统的快速性，限制最大电流，使系统有足够大的加速扭矩；另外，需要考虑及时抑制电流环内部的干扰，并保障系统安全运行。速度环的作用是增强系统抗负载扰动的能力，抑制速度波动。位置环的作用是保证系统静态精度和动态跟踪性能，使整个伺服系统能稳定、高性能快：则控制稳定。
图1三菱数控系统伺服调整原理图
对用户而言，伺服系统的调整主要是对系统的各环路参数进行适当调整，当增益较低时，影响系统的响应速度；当增益较高时，系统具有较快的响应速度，但过高的增益将使得系统的稳定性和抗噪声能力下降，从而影响到系统的性能。因此，伺服系统的调整实际上是一个寻求系统各项性能的相互平衡并使整体性能最优的决策过程。
2 三菱伺服系统组成
三菱伺服系统组成包括两个方面：一是作为伺服调整对象的数控机床，二是用于伺服参数调整的测试系统。
2.1 数控机床
XH7132加工中心综合试验台如图2所示，由机床和数控系统试验台两部分组成，可用于CNC技术培训，也可用于数控加工。
图2 XH7132加工中心综合试验台
数控伺服系统主要组成元件如表1所示。
2.2 测试系统
三菱MDS-R-VIV2伺服驱动器中内置有各种控制数据的D／A输出功能。通过特定的参数设置，可以输出位置、速度、电流等信号，通过采集、分析这些信号，就可以了解数控机床的伺服性能。测试系统组成如图3所示，测试系统由计算机、数字示波器、PJ912接口板和SH21通讯线等组成。利用采集到的机床运动参数信息，在计算机上计算、分析机床运动的速度跟随误差、位置跟随误差等，作为伺服参数调整的反馈信息，使得参数调整更加直观，而且可以定量地评估调整误差。
图3测试系统组成原理框图
3 伺服调整实验与分析
数控系统伺服调整的一般步骤为：首先调整电流环参数(三菱电流环增益由电机和伺服单元的组合决定，按标准参数值设定参数)，然后调整速度环参数，最后调整位置环参数。只有电流环和速度环的伺服参数设置合适，才能得到较高的位置环性能，数控机床的位置精度和跟随精度才可能得到提高。作者采用文中的测试系统，以速度环参数的调整为例进行实验验证。
3.1 速度环增益调整
三菱数控系统速度环参数调整按照图4所示的流程进行。
图4速度环参数调试流程
速度环参数测试过程中，采用观察指令速度和反馈速度的方法来确定伺服参数设置是否合适，伺服驱动器D／A接口输出指令速度和反馈速度的参数设置如表2所示。
速度环增益是决定伺服控制响应性的重要参数，对机床的切削精度和循环时间有很大影响。需要说明的是：伺服系统的响应特性不仅与速度环增益有关，而且与系统负载惯量也直接相关。因此在速度环参数调整前，要先测量传动系统的负载惯量比，并设定惯量比相关参数。文中的测试系统也可以用于机械传动系统负载惯量比的测定，具体测试方法不再赘述。
3.2 实验分析
对数控机床X轴的伺服系统分别设置两组速度环参数，如表3所示。
基于表3所示的两组参数，数控机床x轴依照图5所示的速度指令进行快速进给运动，分别采集运动过程中的实际速度输出信号，并绘制速度误差曲线，分别如图6、7所示。
图5 电机运动速度指令曲线
图6电机实际速度曲线
图7速度跟随误差曲线
由图6、7可以看出，不同的速度环参数对速度跟随误差影响较大，采集观察电机运动指标曲线不仅可以了解其伺服性能优劣，还可以根据观测到的速度曲线进行速度环参数的调整，从而实现参数调整过程的图形交互。
4 结论
数控机床进给伺服系统的调整是一个复杂和耗时的工作。数控机床出厂后，使用人员通常无法了解、调试其伺服性能，致使多数数控机床的伺服性能没有在较好的状态下工作。作者基于现有数控设备，开发了伺服参数调整的测试系统，通过采集、分析机床运动过程中运动指标参数，将伺服系统状态变化以可视化的方式输出，可以更加直观地分析伺服性能的优劣，为调整提供了依据，并通过实验对测试系统和调试方法进行验证。实验表明：测试系统和方法可以有效提高数控机床伺服参数调整的效率和精度，是传统伺服调整的有益补充。
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本文标题：三菱数控系统伺服参数调整技术研究
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