ABB机器人外轴参数调整手册

外轴参数调整

1 ABB机器人对外轴的控制参数的调整的基本步骤

Ø完成外轴的硬件安装，如电机的安装，SMB盒的安装等；

Ø向机器人控制器内加载外轴的临时参数文件；

Ø对加载的临时参数进行修改和配置，保证机器人此时能够控制电机的转动；

Ø如果客户需要对电机有额外的设置，如抱匝、使能和里控制等，需要额外的配置和设置；

Ø等所有的参数设置都完成后开始电机参数的调整。

2 配置外轴参数

2. 加载参数

2.1. 在示教器上点击Control Panel进入Configuration选项，选择File ，Load parameters加载通用的参数文件：

2.1. 选择：Load parameters if no duplicates 然后选择如下路径加载参数：Mediapool\RobotWare_5.XX.XXXX \utility\ Additional Axis\DM1\General，然后选择相应的文件加载；

2.1. 重启系统。

2. 配置参数

2.1. 在Motion中选择Mechanical Unit并且定义如下参数

ØName

ØStandby State: Yes/No

ØActivate at Start Up

ØDeactivation Forbidden

ØUse Single 1

2.1. 在Motion中选择Single定义Single；

ØName

ØSingle

2.1. 在Motion中选择Single Type定义外轴的种类；

有以下几种选项可以选择：

TRACK; FREE_ROT; EXT_POS; TOOL_ROT;

2.1. 在Motion中选择Joints，为外轴指定外轴的序号；

如：第10个轴对应与robtarget中的eax_d

2.1. 在Motion中选择Arm,定义外轴的运动范围；

ØUpper Joint Bound;

ØLower Joint Bound;

2.1. 在Motion中选择Accelerarion Data,定义外轴加速和减速运动参数；

ØNominal Acceleration；

ØNominal Deceleation；

2.1. 在Motion中选择Transmission,定义外轴与传动比相关的参数；（这些参数与减速机相关）

ØTransmission Gear Ratio；

ØRotating Move

ØTransmission High Gear

ØTransmission Low Gear

2.1. 在Motion中选择Motor Type，定义下面的参数；（这些参数有电机供应厂商提供）

ØPole paris

ØKe Phase to phase (Vs/Rad)

ØMax current (A)

ØPhase resistance（ohm）

ØPhase inductance（H）

2.1. 在Motion中选择Motor Calibration，定义下面的参数；

ØCalibration offset ；通过Fine calibration 获得；

ØCommutator offset：电机供应商提供；

2.1. 在Motion中选择Stress Duty Cycle，定义最大扭矩和最快转速；

ØTorque Absolute Max;

ØSpeed Absolute Max;

Note： 如果Torque Absolute Max太大会造成配置错误，因此通常定义如下：

Torque Absolute Max < 1.732 × Ke  Phase to Phase × Max Current;

通过计算出的值适当的减小（5～10）；

2.1. 重启系统；

3 参数调整

3.1 检测电机的连接正确性

这段主要讲述应用ABB标准的程序Commutation来验证电机参数是否配置合理，主要验证以下几项功能：

Ø寻找同步永磁电机的Commutation的值；

Ø检查电机的相序是否正确；

Ø检查电机的电机对是否设置正确；

Ø检查Resolver的连接是否良好。

3.1. 在Motion中选择Drive system,将Current_vector_on设置为TRUE，然后重新启动系统，并且运行程序Commutation；

Debug → Call Service Routine → Commutation。

3.1. 检查电机的相序连接是否正确；通过示校器控制电机的相正方向旋转，从安装杆看相电机，如果旋转方想为顺时针方向，则电机的相序连接正确，如下图所示：

如果电机旋转方向不正确，则可以通过改变接线方式来纠正：如将RST改为SRT，RTS，TSR等。

3.1. 检测电机的电极对，单步执行Commutaion程序，则每执行一步电机会旋转1/16圈。

3.1. 检测Resolver的连接，单步执行Commutation程序，如果Resolver连接正确，电机转动的角度会增加。

3.2 调整Commutaion的值

需要准备一个24V的直流电源和继电器。

ABB的标准电机的Commutation offset值都为1.5708。

Ø禁止电机（Deactivate the motor）;

Ø关闭Controller；

Ø将电机的电源线拔开；

Ø将电机和齿轮箱分离（主要是为了防止电机受齿轮箱摩擦力的干扰）；

Ø在电机的松匝信号两端接上开关信号，保证随时可以使电机松匝；

Ø先将电机松匝，将另一组24V的电源的正极接到S级（V级），将0V接到T级（W级）。

注意：不要直接将电源的正负级接到线圈上去，需要24V和0V之间串连一个继电器的线圈，以保证不烧毁电源。

接上电源后，断开电源，此时电机已经回到正确的Commutation 位置，如果在接上电源，电机应该不会再转动。

Ø将电机的松匝信号解开，电机抱匝；

Ø将电机再次连接到机器人控制器上，重新启动系统，不要转动任何机械部件；

Ø打开Test Signal Viewer，Mechanical unit 选择Resolver_angle，观看Resolver_angle的值，将正确的值输入Commutation offset中。

3.3 按照下图设置Test signal Viewer

设置：speed 和 torque_ref

注意：具体的Test signal Viewer操作参看手册ABBTest Signal Viewer 1.3.pdf；

3.4 初步调整Kv，Kp，Ti；

3.4.1 调整Kv（方法一）

Ø将Lag control master 0 中的参数 FFW Mode 设置为No；

Ø将Kp设置为5（记录Kp的初始值）；将Ti设置为10（记录Ti的初始值），重启系统让新的参数生效；

Ø按照下列程序逐步增加Kv的值，增幅为10％，观看Test signal viewer中的Torque_ref信号，当电机出现不稳定，即电机有明显的振动和声音，停止运行程序。

MODULE Kv_tune

PROC main()

VAR num i;

VAR num per_Kv;

VAR num Kv;

TuneReset;

FOR i FROM 0 TO 40 DO

per_Kv:=100+10*i;

Kv:=1*per_Kv/100;

TPErase;

TPWrite "per_Kv = "\Num:=per_Kv;

TPWrite "Kv = "\Num:=Kv;

TuneServo STN1,1,100\Type:=TUNE_KP;

TuneServo STN1,1,100\Type:=TUNE_TI;

TuneServo STN1,1,per_Kv\Type:=TUNE_KV;

MoveJ p1,v1000,z50,tool0;

MoveJ p2,v500,z50,tool0;

MoveJ p1,v1000,z50,tool0;

WaitTime 1;

ENDFOR

ENDPROC

ENDMODULE

通过Test signal Viewer可以十分清楚的看见电机的不稳定的状况：

Ø记录此时的Kv的值，将Kv/2的值输入到系统参数中，重新启动系统。

调整Kv方法二：

采用ABB提供的标准的外轴调整软件，tune master进行参数调整，如下图所示，当电机的速度出现明显的抖动，然后将此Kv值除以2

Kv值越大变位机的速度响应越快，但是过快容易造成电机的不稳定和抖动，通常Kv=0.6~1.5之间。

3.4.2 调整Kp（方法一）

Ø保持刚调整玩的Kv值不变，将Kp值改回到原来的初始值，依然保证Ti为10；

Ø按10％的比例逐步增加Kp的值，观察Test signal viewer中的Torque_ref信号，直到见到Test signal viewer中的Overshot现象为止；

MODULE kp_tune

PROC main()

VAR num i;

VAR num per_Kp;

VAR num Kp;

TuneReset;

FOR i FROM 0 TO 20 DO

per_Kp:=100+10*i;

Kp:=5*per_Kp/100;

TPErase;

TPWrite "per_Kp = "\Num:=per_Kp;

TPWrite "Kp = "\Num:=Kp;

TuneServo STN1,1,100\Type:=TUNE_KV;

TuneServo STN1,1,100\Type:=TUNE_TI;

TuneServo STN1,1,per_Kp\Type:=TUNE_KP;

MoveJ p1,v1000,z50,tool0;

MoveJ p2,v500,z50,tool0;

MoveJ p1,v1000,z50,tool0;

WaitTime 1;

ENDFOR

ENDPROC

ENDMODULE

Ø将Kp减1，即Kp＝Kp－1，将所得的值输入到系统中，重启系统；

调整Kp（方法二）

采用ABB提供的标准的外轴调整软件，tune master进行参数调整，如下图所示：

保证绿线尽量的接近红线，但是不要出现过冲现象，如果没有出现明显的过冲现象，则参看力矩曲线（蓝线所示），如果蓝线出现明显的振荡曲线，则表示此时参数已经合适。

上诉两种方法区别：

第一种方法采用精度高，调试效率低；第二种方法，精度低，调试效率高。通常情况下Kp值越大，电机的定位精度越高，但是过大时容易造成电机的振动，对电机损伤大，对于大负载的变位机，通常Kp为20左右，对于小负载的变位机，Kp通常为35左右，具体调整大小视情况而定。

3.4.3 调整Ti（方法一）

Ø保持刚调整完毕的Kv和Kp值不变，将Ti设置为1；

Ø将Ti的值按10％的步长递减，观察Test signal viewer的Torque－ref，直到见到overshot为止。

MODULE ti_tune

PROC main()

VAR num i;

VAR num per_Ti;

VAR num Ti;

TuneReset;

FOR i FROM 0 TO 10 DO

per_Ti:=100-10*i;

Ti:=1*per_Ti/100;

TPErase;

TPWrite "per_Ti = "\Num:=per_Ti;

TPWrite "Ti = "\Num:=Ti;

TuneServo STN1,1,200\Type:=TUNE_KV;

TuneServo STN1,1,250\Type:=TUNE_KP;

TuneServo STN1,1,per_Ti\Type:=TUNE_TI;

MoveJ p1,v1000,z50,tool0;

MoveJ p2,v500,z50,tool0;

MoveJ p1,v1000,z50,tool0;

WaitTime 1;

ENDFOR

ENDPROC

ENDMODULE

Ø记录此时的Ti值，将Ti值增加5～10％，即Ti＝Ti（1＋5％），将此值输入到系统中，重新启动系统；

调整Ti方法二：

Ti值通常为越小变位机速度响应越快，但是越小越容易造成电机抖动，Ti通常为0.1.

3.5 设置Inertia（Specifying the inertial）

当变位机上的负载过大时或者偏心比较严重时，需要调整变位机的惯量，这样可以保证变位机的稳定性和精度，如下图所示，采用Tune master调整变位机的惯量：

3.6 调整Bandwidth（Tuning Bandwidth）

3.7 Tuning of Resonance frequency

3.8 调整Acceleration和Deceleration

ØAcceleration 和 Deceleration 两个参数都是属于Motion中的Acceleration Data

Ø运用TSV（Test Signal Viewer）去监控正负Torque_limit 和Torque_ref的值，然后以0.5的步长增加Acceleration的值，在TSV中观察Torque_ref是否向Torque_limit靠近，当值增加到一定程度后Torque_ref已经非常接近Torque_limit（即如果再增加Acceleration的值就会导致Torque_ref和Torque_limit进行交叉），记录此时的Acceleration的值，然后将其减少10%，将此值作为标准的Acceleration的值。

Ø注意Deceleration和Acceleration的方法一样，不同之处在于Acceleration是让Torque_ref向positive Torque_limit靠近，而Deceleration是让Torque_ref向negative Torque_limit靠近.

如下图所示：

正确的Acc参数：

Acc的值太高：

Acc的值太低：

3.9 最终调整Kp、Kv和Ti

如果在装上夹具和工件后，发现变位机的参数并不完全合适，因此需要根据实际情况重新调整变位机的Kp，Kv和Ti参数，以保证变位机运动的稳定性，调试方法和上述相同。

具体调试步骤见：Tune master帮助说明手册。

附件1：

ABB机器人对外轴电机的控制方式：

ABB机器人控制柜分为高压控制柜和低压控制柜：

低压控制柜主要控制：IRB140，IRB1410，IRB1600，IRB2400，IRB4400等小型号的机器人；

高压控制柜主要控制：IRB4600，IRB6640，IRB7600，IRB6620等大型号的机器人；

高压控制柜和低压控制柜的主要区别在于：低压控制柜外轴驱动器输出的电压等级为198~430V之间，额定输出为234V；高压控制柜外轴驱动的电压等级为：377~790V之间，额定输出为400V。

因此对于ABB的标准变位机，如MTC，IRBP R， IRBP K等变位机他们采用的电机都是200V电压等级的，因此他们只能适合于低压控制柜。如果大型机器人想要控制变位机必须进行额外配置一个低压控制柜，通常采用4400的控制柜作为低压控制柜。

对于我们设计的LCP 500K这种型号的变位机，采用的电机是高压低压兼容的电机，他的额定电压为400V，因此这种电机既适用于高压控制柜，也适用于低压控制柜。

注意（哪种型号的电机能够与ABB电机进行同步）：

（1）电压等级为400V AC的交流伺服永磁电机；

（2）必须是星型连接方式（Y，Star connection）；

（3）电机的反馈必须是Resolver形势的，下面几种型号是经过ABB认可的可以与ABB兼容的resolver型号：

通常我们选择Tamagawa的Resolver

附件2:

ABB SMB板的描述：

上图所示为ABB标准SMB版，它主要起监控外轴电机转角的作用，一个SMB版可以同时监控7个外轴的转动角度。

节点E： SMB上的标号为X1，为9针（D-SUB 9 pin）的接头，用于SMB和IRC5 Controller的Axis computer（A42-X5 ）进行轴数据通讯。

B： SMB上的标号为X2，为25针的接头（D-sub 25 pin），用于和外部轴通讯，其节点为1～4号，控制外轴的1～4轴。

D： SMB上的标号为X3，是电池的接头。

A： SMB上的标号为X4，为15孔的接头 (D-sub 15 socket)，用于和外部轴通讯，其节点为1和7，控制外轴的1轴和7轴。

C： SMB上的标号为X5，为25孔接头(D-sub 15 socket)，用于和外部轴通讯，其节点为3～6，用于控制外部轴的3～6轴。

注：从上述的文字中可以看出A、B和C的信号节点有重叠部分，其中A和B轴为1轴重叠，B和C为3、4轴重叠。由于1个SMB可以控制7个外轴的轴信号，A主要用来控制第1轴和第7轴，B可以控制1～4轴，C可以控制3～6轴。因此当A引进接上1轴的信号线，则B不能接1轴的信号线，同时当B轴接了3和4轴的控制线，则C不能再接3和4轴的信号线，如果重复接线会造成接线的混乱，而引起系统错误。

对于机器人系统通常采用B控制1～3轴，C控制控制4～6轴，（对于4轴机器人除外）。

对于K/R型变位机通常采用B控制来控制外轴，其中1控制Interchange，2控制Station1，3控制station2。

对于L型变位机和MTC也采用B来控制，其中1为Station1，其它的依次扩展。