数控机床优化基础课程频率响应特性曲线
技术部刘博
土豆有哪些做法
✓了解Bode图和频率特性曲线
✓了解闭环特性曲线异常现象及调整方向✓了解频率响应测试调整目标
力劲精密机械（昆山）有限公司
数控机床优化基础
——频率响应特性曲线
概述
频率响应是系统对正弦信号的稳态响应特性。稳态是系统的运动在过渡过程结束后的状态。
系统的频率响应由幅频特性和相频特性组成。幅频特性表示增益的增减同信号频率的关系；相频特性表示不同信号频率下的相位畸变关系。
根据频率响应可以比较直观地评价系统复现信号的能力和过滤噪声的特性。在控制理论中，频率响应曲线可以比较方便地分析系统的稳定性和其他运动特性。
机床运动控制系统，分成位置环、速度环和电流环三层闭环控制回路。
分析电流环，伺服电机和控制器之间使用动力电缆连接。在绝缘保护正常情况下，电流只存在于驱动器、三相动力线和电机构成的电流回路。电路中电流特性决定电机绕组位置电流与驱动器输出电流一致，故电流环控制回路的电流反馈数据从驱动器直接获取。电流环并不会反映机床运动控制系统特性，只是反映驱动器功率元件工作性能。
速度环反馈信号来自安装在伺服电机上的旋转编码器，表示伺服电机实际旋转转速。伺服电机连接机床运动部件，即带有机床载荷，所以速度环可以反映机床运动特性。
饱和度英文位置环反馈信号来自伺服电机旋转编码器（半闭环）或运动部件的编码器（全闭环），因此位置环也可以反映机床运动特性。但位置控制环响应速度慢，通常只调整位置增益和前馈控制参数。频率响应测试不是非常必须。后面说的频率响应特性主要指速度控制环。
电流环控制周期可小于1ms，如250us或500us。速度环控制周期通常在1ms至3ms。位置环控制周期通常接近10ms。从控制周期看，速度环处于电流环和位置环之间，其性能对位置环响应能力有直接影响。
脱水方法对于轴输出型的普通伺服电机，电流环通常可不做优化调整，使用系统制造商提供的标准参数即可。
同一类机型，速度环原则上可使用一组预先测试过的成熟参数。原因是机床类型没有变更情况下，各
进给轴电机型号基本不会改变，负载惯量和摩擦力特性也不会出现较大变动。但装配环节是一个存在很多变数的过程，尤其是同轴度和丝杆拉伸力两项指标：同轴度会影响伺服电机输出轴所受外力，丝杆拉伸力会影响其振动频率特征。因此，对一般数控机床产品，速度环频率响应曲线主要目的是测试机床运动系统频率特性，并调整速度增益和滤波器设置，使伺服参数适应装配差异，实现稳定控制。
需要注意：伺服优化不是提高机床性能，而是使伺服参数匹配装配性能。
波特图分成幅频特性曲线和相频特性曲线。
图形的横轴都是频率，但通常使用对数坐标型式表示。因此，横轴上相同的距离，频率会变化
等倍数的频率数值在横轴上不是等距分布。
幅频曲线的纵轴单位是输出函数与输入函数的振幅倍数比值。与通常倍数表示方式不同的是，波特图中的振幅倍数使用分贝（dB）单位表示。分贝单位的定义是20log(输出函数与输入函数幅值比)。使用分贝单位表示的优点是，将乘方变化的倍数比转变成等距曲线。如幅值比1对应0dB，幅值比0.5对应约
幅值比0.25对应约-12dB。
相频曲线的纵轴单位是度，表示输出函数相对于输入函数的相位差。由于数控系统使用反馈+前馈的控制方式，输出函数不可能超前于输入函数，因此，相频曲线一定处于0度线下方。
年度汇报ppt常见控制环节波特图腊肠蒸多久
厂的组词比例环节
K为输出函数与输入函数比值，通常称为放
大系数或比例增益）
幅频：
K>1，分贝数为正；K<1，分贝数为负。改变
值，幅频曲线升高或降低。
孕妇补铁必吃7大水果相频：
相频曲线不变，恒为0度。
学科教学语文
开环频率特性曲线与闭环频率特性曲线
频率特性曲线都是输出函数与输入函数的拉普拉斯变换后的比值。
速度控制环是闭环控制方式。通常，速度指令作为输入函数，实际速度作为输出函数。同时，实际速度作为反馈数据与输入指令取差值并通过速度环比例积分运算后作为电流环输入指令数据。
数控系统内部速度环处理速度不如电流环。同时，对高频率数据采样必须几倍的更高频率进行数据采样（参考香农定律）。因此，速度环频率特性测试一般采用电流环测试数据。以上速度控制闭环等效变换到电流环后，即为电流环开环控制模型。测试过程中，电流环输入指令是频率逐渐增加的正弦波电流扰动指令。
波特图可使用不同颜色分别显示开环特性曲线和闭环特性曲线。通常，可通过观察低频起始位置区分开环特性曲线和闭环特性曲线：
开环特性幅频曲线低频起始位置大于0dB并逐渐降低，相频曲线低频起始位置在-90度附近；
闭环特性幅频曲线起始位置在0dB附近，相频曲线起始位置在0度附近。
频率响应曲线判读
对一理想闭环函数而言，当频率小于特征频率时，幅频曲线是0dB；当大于特征频率时，幅频曲线逐渐衰减。（即闭环频率特性曲线主体形状是惯性环节）
数控机床中，多种装配因素都会影响进给轴摩擦力，丝杆规格及其安装型式决定负载惯量比值以及运动系统传动刚性。实际测试的频率特性曲线中会含有惯性、弹性、间隙、摩擦、共振等多种影响，频率曲线不会是十分理想的曲线。
典型频率特性曲线包含如下特征：
