TSM PID Tuning
一般情況下,PID參數可使用馬達預設值即可。
當馬達與負載機構結合之後,可先讓馬達做簡單正反轉動作,並且監控軟體上的編碼器位置(Encoder Position)與下命令位置(Command Position)兩者間位置誤差(Position Error)是否為 “0” (如下圖),若位置誤差為 “0” 則不必進行PID參數調整。
![](https://montrol.com.tw/wp-content/uploads/2021/03/圖片1.png)
除了特殊應用(ex:雙軸圓弧運動)外,大部分應用可直接從步驟四:調整位置環部分開始做PID調整,速度環部分可維持預設值。
何時需要調整PID參數?
當馬達與負載結合後,通電時產生振動與噪音時,表示系統不穩定,需要調整參數。如需快速解決此問題,將所有增益參數數值調低,並點擊軟體下載鍵將設定下載至馬達。
調整參數
速度環(Velocity Loop):
Gain (VP): 比例增益(速度模式)用於增加馬達響應之剛度,與速度誤差成正比
IntegGain (VI): 積分增益(速度模式)用於增加剛度以及減少穩態速度誤差
FF Gain (KK): 慣性前饋增益利用補償負載慣量來改善加速度控制
Filter (KC): 整體伺服濾波器; 單極低通濾波器,用於衰減高頻振盪
位置環(Position Loop):
Gain (KP): 比例增益(位置模式)用於增加馬達響應之剛度,與位置誤差成正比
Deri Gain (KD): 微分增益用於位置誤差之變化率 ,以提供系統阻尼與增加穩定性
Deri Filter (KE): 微分濾波器用於限制經常因微分增益增加而引起之高頻噪音,使系統更安靜且更穩定
調整時請格外小心,當馬達出現問題時(如:馬達不穩定、失速…等),請隨時做好禁用馬達伺服控制(disable)之準備。
請注意!速度環需要在位置環之前進行調整。
調整步驟
步驟一:將速度環增益起始設置為低值
(1) 將KC值設為預設值15000
(2) 將VI值與KK值設為0
(3) 對於低慣性負載與低加速度/減速度,將VP值設為1000~1500範圍內(請參見下面提示1和2)
提示1: 在調整參數字段中輸入數字後,按<Enter>鍵; 輸入值後按Tab鍵將使該字段恢復為先前的值。 滑塊和上/下按鈕也可用於調整值。
提示2: 步驟一的第(3)點所示,以建議的VP值設定範圍,且符合低加速度/減速度(不大於200rev/sec2)以及慣性負載需低於5倍之轉子慣量,可使範例動作移動完成,且不會出現任何故障訊息。若加速度/減速度值超過建議值或負載慣量超過5倍,則執行範例動作時可能會出現位置錯誤。這些位置錯誤訊息可在調整參數期間藉由Step:1 Configuration介面下,勾選”Not Used”選項來消除,如下圖(1)所示,並點擊”Download All to Drive”以完成修改。完成調整參數後,建議修改回初始設定(選項勾選回”Position Fault Limit”),以免當馬達從指定位置失磁時出現錯誤訊息。
![](https://montrol.com.tw/wp-content/uploads/2021/03/1-1-1024x511.png)
提示3: 當步進伺服馬達與Step-Servo Quick Tuner軟體連接並完成通訊時,將自動進入”連接模式”,且下列初始值設定一併生效:
波特率(Baud Rate)設置為115,200bps(指令:BR5)
立即格式設置為十六進制(指令:IFH)
傳輸延遲設置為2ms(指令:TD2)
特定型號之協議設置: PR13(對應RS232型號)/ PR15(對應RS485型號)
步驟二:執行範例動作並調整VP值
(1) 繪製實際速度(Plot 1)與目標速度(Plot 2)曲線圖
(2) 將方向(Direction)設置為CW,然後選擇單次運行(Sample Once)
(3) 觀察實際速度曲線,如圖(2a)
(4) 重複執行範例動作並調整VP值,直到實際速度介於目標速度的80-90%之間。此最終VP值設置會根據馬達負載與速度限制值之設置而有所不同。
![](https://montrol.com.tw/wp-content/uploads/2021/03/2a-1024x476.png)
調整VP值重點在於,實際速度曲線的頂部應平滑,無任何振盪,如圖(2b)、(2c),並且移動完成後,馬達不應該發出任何噪音或震動。
![](https://montrol.com.tw/wp-content/uploads/2021/03/2b_2c-1024x456.png)
圖(2b)
圖(2c)
步驟三:繪製速度誤差曲線以調整KK值與VI值
(1) 將Plot 2設置為速度誤差,並勾選”自動縮放”(Auto Scale)選項
(2) 執行範例動作,同時先增加KK值,如圖(3a)
(3) 當實際速度曲線開始變尖時,然後開始逐漸增加VI值和KK值,以最大程度地減小和穩定速度誤差,如圖(3b)和(3c)
(i) 取消勾選”自動縮放”(Auto Scale)選項,將單位鎖定在垂直軸上;這有助於從視覺上看到速度誤差的減少
(ii)如果馬達開始發出噪音,降低KC值
![](https://montrol.com.tw/wp-content/uploads/2021/03/3a-1024x569.png)
![](https://montrol.com.tw/wp-content/uploads/2021/03/3b-1024x541.png)
![](https://montrol.com.tw/wp-content/uploads/2021/03/3c-1024x537.png)
以下步驟為調整位置環。
步驟四:切換至P Loop(位置環)介面,並將Plot 2改為位置誤差
(1) 設置與V Loop(速度環)相似的範例動作
(2) 將KE值設為預設值15000,將KP值與KD值設為1
(3) 當執行範例動作時增加KP值,以最大程度地降低位置誤差,如圖(4a)。如過多增加KP值,可能導致不穩定,如圖(4b)。
![](https://montrol.com.tw/wp-content/uploads/2021/03/4a-1024x552.png)
![](https://montrol.com.tw/wp-content/uploads/2021/03/4b-1024x563.png)
步驟五:增加KD值並調整KP與KE值,如圖(5a)
(1) 增加KD值的同時,繼續執行範例動作
(2) 如果聽見馬達發出尖銳噪音,則降低KE值
(3) 當位置誤差和建立時間滿足要求時,調整完成
(4) 用滑鼠游標放大檢視位置誤差,如圖(5b)
![](https://montrol.com.tw/wp-content/uploads/2021/03/5a-1024x615.png)
![](https://montrol.com.tw/wp-content/uploads/2021/03/5b-1024x609.png)
步驟六:完成設置,下載和保存
(1) 如果在步驟一中將位置故障限制功能(Position Fault Limit)設置為“未使用(Not Used)”,請確保將其恢復為之前的設置
(2) 確保點擊”全部下載到驅動器(Download All to Drive)”,以便最終的調整值將保留在非易失性記憶體中
(3) 由Project選單下拉,點擊”保存項目(Save Project)”來保存項目文件