AMK伺服及电机的PID参数研究

内燃机与配件

AMK伺服及电机的PID参数研究

任讳曰党杰曰杨德志

(昆明卷烟厂，昆明650000)

摘要：以AMK公司KE/KW系列伺服控制器和伺服电机应用实践为对象，通过研究，弄清KW伺服控制器的PID参数计算原理, 较好地指导了 PID参数应用整定。

关键词:AMK;伺服电机;位置环;速度环;整定参数

参数ID32958为设定源采样时段，位置同步要求ID2= ID32958〇ID116 单位为 Incr，ID2 和 ID32958 单位为 ms,则 系数匮的计算公式如下：

a=60000/ID116/ID104/ID2 (3)式(3)中，60000ms=1Min。通过量纲分析，系数a的单 位为 1/Incr。

2速度环

图2为AMK给出的速度环调节组态示意。式(2)计算 算式如下：

Vl+1=Vl+AVl+1 (4)从图2可见，对速度V,+n先进行最大转速限制，而后 进行加速度限制（参数ID32780，ID32781和ID113确定加 速度限值），最后进入PID速度环调节器。在位置同步的伺

0引言

德国AMK公司生产的KE/KW系列伺服控制器和伺 服电机广泛应用于造纸、制帀和卷烟等行业|21。对于位置同 步应用，涉及P位置环和PI速度环的串级调节|61。为了在 应用中更好地整定P位置环比例增益参数ID104、速度环 比例增益参数ID100和速度环积分参数ID101，结合工程 应用实践，探究KW内部的PID算法和相关参数的原理和 作用。

图1为AMK给出的位置环调节组态示意。

在图1中，KV指参数ID104。设：同步时段为At,单位 ms ;设定位置同步增量为AX，单位Incr;同步开始后，t+1 同步时段设定同步位置增量累计为X,+i=X,+AX，对应的编 码器测量的同步位置增量累计为Y,+i，则位置环同步位置 增量输出AZ,+1计算方法如下：

AZ1+1=AX+X1+1-Y1+1 (1)从图1可见，同步位置增量输出驻2,+1乘仍104参数 即转换成同步速度增量AV,+i。据AMK资料，ID104的单位 为RPM，而AZ,+i的单位为Incr，AV,+1的单位为RPM。通过 量纲分析，存在一个系数匮，使下式成立：

AV,+1=a*ID104*AZ,+1

(2)

的同步时段速度增量AV,+i先参与计算当前同步速度V,+i，

服控制应用中，速度环通常采用PI调节。在PI调节器中，

速度环比例增益参数ID100对控制速度差AV,+1的响应和 放大最直接，但易造成超调和锯齿震荡。通过速度环积分 参数ID101的平滑抑制，消除锯齿震荡和控制电机转速向 目标速度收敛|1()|。

在工程应用实践中，所见的ID100最小值为DT3-

0.5-10-R00同步伺服电机，出厂默认值为50;所见的 ID100最大值为DV10-41-4-I00异步伺服电机，出厂默认 值为200。显然，在KW内部存在系数茁，使茁*ID100成为

在KW-R03伺服控制器中，参数ID116为电机编码 直观的速度环比例增益参数。通过对不同系列AMK伺服

估值茁=1几00。设：速度环比器转1圈的位置增量值，参数ID2为Sercos同步时段|4||6|7]，电机的出厂默认值对比分析，

式(2)中，系数潜藏在KW内部计算，为与电机有关常

数，单位为1/Incr。

1系数匮计算

图1位置环组态示意图

Internal Combustion Engine & Parts

• 43 •

图2速度环组态示意图

例系数为Kp,当ID100=200,则Kp=茁*ID100=2.00,精确到

小数后2位。

3 ID104验算

以DV10-26-4-IBF电机为例进行验算。该电机 ID104出厂默认值为400RPM,用户选定的同步时段ID= 2ms，依据I类电机编码器和工艺测量控制精度要求，用户 选定ID116=48000InCT/Rev,则用式（3 )计算出系数匮= 60000/48000/400/2=0.0015625。假设，电机 ID104 出厂默认 值保证电机按1:位置同步控制，则用户设定ID104= 450RPM后的比对验算如表1所示。

表1

表1

参数ID104验算表

ID104=400RPM

△XAx*IDl04*aAy(Incr)(Incr)(RPI)

0.6251

21.2531.87542.553.125

ID104=450RPM

AX*ID104*aAy

(Incr)(RPW)

0. 7031251.1251.406252. 252.1093753.3752. 81254.53. 5156255. 625

Kp=0.50 代入式（5 )整理得:Qt+pVt+d Vt-It )/2。显然，

同步伺服电机与步进电机相似，折半消差逼近目标速度

兄，尽量避免永磁转子转速快于定子绕组产生的旋转磁场， 维持步进伺服跟随状态[1][2]。

DV10-41-4-I00异步伺服电机出厂默认值ID100= 200，则速度环比例系数为Kp=茁*ID100=200A00=2.00。假 设速度环积分系数Ti=0，Kp=2代入式（5)整理得：Qt+1=Vt+ 2*(Vt-It)。显然，异步伺服电机转子为感生磁极，与定子绕 组产生的旋转磁场一起受KW相序控制，电机转子可在目 标速度Vt上下波动。通过Ti>0的作用，波动的波幅寅0。不论p=U100的估值是否正确，通过找基准点、对比 分析和推演方法也可指导速度环比例增益参数ID100的

1

2345

整定方向和幅度。

5小结

在AMK公司KE/KW系列伺服控制器和伺服电机工 程应用中，因工艺要求精度高和转速快，需要以电机出厂 默认PID参数值为起点，整定应用的PID参数值。本文是

对工程实践中典型问题解决和分析研究方法的总结，错误 之处在所难免，希望同行和专家批评指正。

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合异步伺服电机与同步伺服电机对速度环PI调节中速

[4] 王永华.现场总线技术及应用[M].机械工业出版社,2006.

度超调与波动的要求特点，间接证明估值茁=1/100是合

[5] 德国HAUNI公司PROTOS2卷烟机.随机资料，1995.

理的。

[6] AMKASYN Parameters,电子文档，2012.

DT3-0.5-10-R00同步伺服电机出厂默认值ID100=

[7] AMKASYN system KU Documentation SERCOS interface 茵

50,则速度环比例系数为Kp=p*ID100=50A00=0.50。假设 Slave,电子文档，2000,2.速度环积分系数Ti=0，速度环同步控制速度输出为Qt+1， [8] AMKASYNPLCProgrammingAMKLibrary,电子文档，2007.电机编码器同步测量速度It，目标速度为Vt+1，则速度环比 [9] AMKASYN Servo inverter KE/KW hardware,电子文档， 例增益调节算式如下：2008.

[10] 孙亮.自动控制原理[M].高等教育出版社,2011.Qt+,=Vt+l+Kp*(Vt-It) (5)

表1证明：参数ID104从400RPM出厂值调整到

450RPM，对应于设定同步位置增量，输出转速同步增量和 输出位置同步增量的变化情况，对于指导参数ID104的整 定和理解其作用有较大的帮助。