调音

在一个完美的世界里，你只需要安装一个伺服电机，打开它，一切都会完美地工作。然而，我们并不生活在一个完美的世界里，当一个新安装的伺服电机得到它的第一个指令时，它很少会在要求的确切位置结束。

作为一门艺术和科学，手动伺服电机调谐可能是费力和耗时的。然而，新的自动调优算法省去了这个过程的大部分工作，并为大多数应用程序提供了很好的解决方案。

手工调优
伺服电机从驱动器接收指令，在位置和速度环上运行。电机的变化，联轴器到齿轮头或执行器，以及负载的影响，都可能导致误差的悄悄进入。整定过程包括调整电位器或驱动器上的参数和控制器的PID环。这些方法通过改变发送给电机的指令，增加速度前馈和位置前馈增益项来进一步修正和改善响应，从而补偿这些误差。

实际的过程包括在系统上放置负载并向电机发送命令，然后监控来自电机的输出信号和来自编码器的反馈信号。本质上，这是一个比较要求的位置和测量的位置的过程。一旦驱动器级别的原始调优完成，程序就会转移到控制器并微调PID循环的性能。

调优是一个迭代过程，正如您所料，即使对于一个轴，调优也很耗时。它是连续执行的，一个轴接一个轴，可以相互依赖。“你调整其中一个，它将影响其他的，”Bill Leang，运动工程经理说安川电气美国公司(沃基根,伊利诺斯州)。“这取决于机器，一旦一切都调整好了，你会看到整个系统，你可能不得不回到一些轴，对它们进行微调。”对于一些坐标轴，它可能是复数;对于一台有30个轴的包装机来说，手动调整可能需要几天时间。

增加挑战的是，手动调优需要直接连接到被调优的驱动器。在过去，这意味着要连接到板上的一个测试点，无论板在哪里。随着今天的网络化系统，技术人员和集成商有了更容易的选择，连接到系统，从一个位置上调整每个驱动器/伺服电机。

加载和阻尼
运动控制是关于尽可能快速和准确地从一个点到达另一个点，并以最小的稳定时间。手动调谐的艺术是让电机调谐到必要的紧密——但不是更紧密。“你可以把它调整得太松，这样当你采取行动时，就会导致很大的跟随错误，你就不能满足自己的需求，”特里·贝尔说，他是驱动器和运动解决方案工程师美国保德电机集团(阿肯色州史密斯堡)。“但你也可以过度调整，当你要求零位置或保持位置时，系统会急剧过冲或振荡。”

问题在于，如果机器的底盘不够坚固，为了获得最佳响应和最小化沉淀时间而进行的调整可能会导致振动——这种振动可能会导致或加剧振动。这种振荡或抖动会影响精确度，甚至更糟。贝尔说:“如果它处于零位置，你听到振荡声，你就向电机输出电流。”“如果它调谐过度，或者系统中有很多鞭笞，发动机就会坐在那里自我战斗，它就会升温。”最终，驱动器将注册一个过流错误信息和跳闸。

在要求高精度的应用中，如纳米技术或半导体计量，过程本质上是对伺服电机进行过调，然后逐渐后退，以达到性能峰值。“你可以通过观察波形和感觉来看到它，”Leang说。“你把你的手放在桌子上，你可以感觉到是否有任何振动。你可以听到一个可听见的声音，有时你会这样调整它。我们有不同的过滤器和类似的东西来试图抑制它。”

系统上的负载是关键。空载的马达可能会在命令的位置上摇摆不定;负载增加了必要的惯性来抑制这一过程。调优应该在应用程序实际预期的负载附近进行。当然，负载如何对伺服电机也会有影响，例如，如果螺杆有显著的间隙或皮带有很大的弹性。“如果你没有合适的低间隙变速箱或伺服级耦合器，它实际上会放大你的抖动，”贝尔说。“你的电机将会移动，试图保持这个位置，但当它来回撞击负载时，它会开始越来越大的振荡，直到最终驱动器会因过电流错误而跳闸。”毫不奇怪，这是一个变化致动器需要重新调整电机以获得最佳效果。

线性马达，经常缺乏皮带和螺丝，提出了特殊的调谐挑战，特别是对用户习惯旋转伺服电机/执行机构组合。“这些系统有某些固有的功能，”Ben Furnish说，他是派克汉尼汾公司(宾夕法尼亚州欧文)。“螺旋或皮带传动机构实际上会抑制一些伺服电机的响应。当你有一个直线电机系统，特别是如果它有空气轴承，那就更难调整了因为你没有任何额外的阻尼。在这一点上，你要严格调整伺服回路与负载，这可能会更加困难，因为电机抖动更自由的编码器计数。”

伺服电机一旦调整，负载可以改变，但只能在一定程度上。“你可能会在那里遇到问题，”贝尔说。“这真的取决于你的机械优势，你是否有变速箱，或者你的大小。如果你改变负载，你想保持在10:1的比率转子负载惯性。如果超过10:1，一开始就很难调整。如果你改变了你的负荷，你想要确保你保持在这个比例之内。”

自动调谐
由于越来越强大的微处理器和内存，今天的许多伺服驱动器具有自动调整功能。在固件中实现，算法运行命令和反馈过程自动调整系统的惯性不匹配高达10:1。对于负载差异较大的情况，可以多次调优系统，并存储参数，因此，只需操作人员在HMI中切换系统，负载就会明显变重或变轻。

最重要的是，曾经需要几天高强度工作的过程可以在几分钟内完成。

Leang说:“根据反馈和负载变化(即电机的电流)，我们有一个算法，可以调整伺服驱动中的不同参数，以获得最佳性能。”“微处理器处理信息的速度足够快。旧的方法，你调整电位器——通常是比例，积分，和导数——然后可能有几个过滤器在上面。当我们使用数字伺服时，它就变成了一个参数，你只需输入一个数字就可以改变它。这些都包含在算法中。”

自动调优的优点是快速、简单，但对于一般应用来说足够有效。缺点是它仍然不能达到手动调优的性能。对于精度要求较高的应用，用户可以运行自动调优程序进行原始调优，然后手动调整;一种被称为引导自动调谐的混合格式仍然提供更好的性能。贝尔说:“你只要调整一下就行了，因为即使是最聪明的应用程序，你也想回去，确保你的运行达到最高效率。”

一般来说，没有太多的成本权衡。目前大多数组件中的硬件可以轻松地适应自动调优算法。

至于市场反应，大多数客户都很乐意少做点事情。“我认为人们一般都喜欢它，”Leang说。“一些有经验的人可能仍然想做手工调优，但在很多应用程序中，大多数人只是将自动调优设置作为默认设置，放在机器上运行。”