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常見問題
cnc加工中心數控機床配件：伺服電機噪音的解決方法
噪聲通常定義為信號中的無用成分，噪聲無處不在。在數控機床及其周圍環境中，噪聲擾動是不可避免的，噪聲擾動包括由溫度變化引起的漂移以及各種電氣擾動信號等。各種噪聲擾動信號必然會降低伺服系統的跟蹤精度。在數控機床控制柜中，一般采用接地技術、屏蔽技術、隔離技術來消除噪聲擾動信號的影響。
針對各種擾動信號設計擾動觀測器并在伺服控制系統中進行補償是一種減少擾動影響、進而提高系統魯棒性的辦法。國內外許多學者針對伺服控制中擾動信號，進行了補償控制方法研究。KIM等設計了一個模糊擾動觀測器，用于多輸入多輸出系統的反饋跟蹤控制，將模糊擾動觀測器用于永磁同步電機的速度控制;RYOO等設計了一個魯棒擾動觀測器，在光盤驅動器系統的磁道跟蹤控制中進行了實驗;LU等采用滑模重復控制理論研究了擾動信號觀測器;董明曉等結合混合靈敏度設計方法，設計了數控機床伺服H∞魯棒控制器。
文中分析了噪聲擾動對伺服系統跟蹤精度的影響，提出了一種針對噪聲擾動信號觀測與補償的控制方法:通過檢測加到伺服驅動器上的電壓和伺服電機轉動角位移，將噪聲擾動觀測出來，并將擾動補償量疊加到位置控制器輸出中實現補償。針對典型鋸齒波噪聲擾動信號做了仿真試驗。
數控伺服系統模型以及電氣擾動影響
帶噪聲擾動的半閉環進給伺服系統方框簡圖。設來自插補器的位置指令信號為X(s)，伺服電機角位移輸出信號為Y(s)，設位置控制環節采用比例控制，傳遞函數為噪聲擾動信號產生的穩態誤差與擾動信號本身有關，還與N(s)在進給伺服系統中作用點之前的部分有關。
噪聲擾動觀測與補償方法
進給伺服系統中，加入噪聲擾動觀測和補償環節。如圖2所示，通過檢測加到伺服驅動器上的電壓信號和伺服電機轉動角位移，將擾動信號N(s)觀測出來，并將擾動補償量疊加到位置控制器輸出中實現補償。
由式(3)—(5)可得加入噪聲擾動以及觀測與補償器后系統閉環傳遞函數G(s)，與式(2)完全一致，說明圖2所示針對噪聲擾動的觀測與補償方法可以補償擾動影響，提高系統抗干擾能力。
噪聲擾動觀測與補償方法仿真
位置控制器環節，采用PID控制，比例系數為8.1，積分系數為0.002，微分系數為0.032。對噪聲擾動進行觀測補償仿真研究時，設位置指令輸入信號為2sin(0.4πt);噪聲擾動為鋸齒波信號，幅值為0.5，周期為2s。
當不考慮噪聲擾動信號時，伺服進給系統的跟蹤誤差如圖4所示，系統跟蹤誤差在±0.006mm范圍內;當加入噪聲擾動信號但不進行擾動觀測與補償時，跟蹤誤差如圖5所示，系統跟蹤誤差在±0.02mm范圍內;當采用文中噪聲擾動觀測與補償方法后，跟蹤誤差如圖6所示，系統跟蹤誤差在±0.007mm范圍內。對比說明所研究噪聲擾動觀測與補償方法，可有效提高伺服進給系統的抗干擾能力。
結論
噪聲信號無處不在，在數控機床伺服系統驅動器接口處，噪聲擾動包括由溫度變化引起的漂移以及各種電氣擾動信號等。各種噪聲擾動信號必然會降低伺服系統的跟蹤精度。文中不是從硬件，而是從軟件補償角度，設計了一種針對噪聲擾動的觀測與補償方法:通過檢測加到伺服驅動器上的電壓和伺服電機轉動角位移，將噪聲擾動觀測出來，并將擾動補償量疊加到位置控制器輸出中實現補償。針對典型鋸齒波擾動信號的仿真表明:所提出觀測與補償方法能有效提高跟蹤精度，提高系統抗干擾能力。該方法是對硬件抗擾動技術的一個有益補充。
噪聲通常定義為信號中的無用成分，噪聲無處不在。在數控機床及其周圍環境中，噪聲擾動是不可避免的，噪聲擾動包括由溫度變化引起的漂移以及各種電氣擾動信號等。各種噪聲擾動信號必然會降低伺服系統的跟蹤精度。在數控機床控制柜中，一般采用接地技術、屏蔽技術、隔離技術來消除噪聲擾動信號的影響。
針對各種擾動信號設計擾動觀測器并在伺服控制系統中進行補償是一種減少擾動影響、進而提高系統魯棒性的辦法。國內外許多學者針對伺服控制中擾動信號，進行了補償控制方法研究。KIM等設計了一個模糊擾動觀測器，用于多輸入多輸出系統的反饋跟蹤控制，將模糊擾動觀測器用于永磁同步電機的速度控制;RYOO等設計了一個魯棒擾動觀測器，在光盤驅動器系統的磁道跟蹤控制中進行了實驗;LU等采用滑模重復控制理論研究了擾動信號觀測器;董明曉等結合混合靈敏度設計方法，設計了數控機床伺服H∞魯棒控制器。
文中分析了噪聲擾動對伺服系統跟蹤精度的影響，提出了一種針對噪聲擾動信號觀測與補償的控制方法:通過檢測加到伺服驅動器上的電壓和伺服電機轉動角位移，將噪聲擾動觀測出來，并將擾動補償量疊加到位置控制器輸出中實現補償。針對典型鋸齒波噪聲擾動信號做了仿真試驗。
數控伺服系統模型以及電氣擾動影響
帶噪聲擾動的半閉環進給伺服系統方框簡圖。設來自插補器的位置指令信號為X(s)，伺服電機角位移輸出信號為Y(s)，設位置控制環節采用比例控制，傳遞函數為噪聲擾動信號產生的穩態誤差與擾動信號本身有關，還與N(s)在進給伺服系統中作用點之前的部分有關。
噪聲擾動觀測與補償方法
進給伺服系統中，加入噪聲擾動觀測和補償環節。如圖2所示，通過檢測加到伺服驅動器上的電壓信號和伺服電機轉動角位移，將擾動信號N(s)觀測出來，并將擾動補償量疊加到位置控制器輸出中實現補償。
由式(3)—(5)可得加入噪聲擾動以及觀測與補償器后系統閉環傳遞函數G(s)，與式(2)完全一致，說明圖2所示針對噪聲擾動的觀測與補償方法可以補償擾動影響，提高系統抗干擾能力。
噪聲擾動觀測與補償方法仿真
位置控制器環節，采用PID控制，比例系數為8.1，積分系數為0.002，微分系數為0.032。對噪聲擾動進行觀測補償仿真研究時，設位置指令輸入信號為2sin(0.4πt);噪聲擾動為鋸齒波信號，幅值為0.5，周期為2s。
當不考慮噪聲擾動信號時，伺服進給系統的跟蹤誤差如圖4所示，系統跟蹤誤差在±0.006mm范圍內;當加入噪聲擾動信號但不進行擾動觀測與補償時，跟蹤誤差如圖5所示，系統跟蹤誤差在±0.02mm范圍內;當采用文中噪聲擾動觀測與補償方法后，跟蹤誤差如圖6所示，系統跟蹤誤差在±0.007mm范圍內。對比說明所研究噪聲擾動觀測與補償方法，可有效提高伺服進給系統的抗干擾能力。
結論
噪聲信號無處不在，在數控機床伺服系統驅動器接口處，噪聲擾動包括由溫度變化引起的漂移以及各種電氣擾動信號等。各種噪聲擾動信號必然會降低伺服系統的跟蹤精度。文中不是從硬件，而是從軟件補償角度，設計了一種針對噪聲擾動的觀測與補償方法:通過檢測加到伺服驅動器上的電壓和伺服電機轉動角位移，將噪聲擾動觀測出來，并將擾動補償量疊加到位置控制器輸出中實現補償。針對典型鋸齒波擾動信號的仿真表明:所提出觀測與補償方法能有效提高跟蹤精度，提高系統抗干擾能力。該方法是對硬件抗擾動技術的一個有益補充。
