自动控制（包括但不限于机器人控制）如何才能避免「只是调参数」？ 第1页

看了很多机器人行业的知友都回答的很好了，其实对于工业领域自动化工程师们来说，调参数也是不可避免的日常工作。小编恰好前几天和一位西门子从事数控机床行业多年的攻城狮聊了聊这道问题，他的一些经历和看法也许能帮助到题主。

对于调参数，我们首先要明确的是「调整参数的目的是想通过对参数的调整以达到最佳的控制效果」。无论何种控制方法（算法）都是基于其理论模型，最终都是要根据实际情况进行参数调整，使控制系统与被控对象相匹配，以求达到最佳的控制效果。

「但往往在实际应用中一味的进行参数调整并不能解决问题，这是因为有很多的问题并不来自于控制系统本身，而是来自于其他因素。例如传动部件，使用环境等等。」

而作为负责数控机床的工程师，日常工作中很大的一部分内容便是调参数，而且是反复的调参数，为的就是能让所调试的数控机床能够达到更高的精度，更快的速度，更好的加工效果。

先来解释下什么是数控机床？（专业人士可忽略）
机床是指制造机器的机器，也就是工作母机也，乃国之重器。数控机床，也就是所谓的CNC机床，简单的说就是采用CNC技术（Computerized Numerical Control）的由程序控制的自动化机床。

数控机床可以加工几乎所有工业生产中所用到的零部件，大到飞机，船舶，汽车，武器，小到我们日常生活所用到的共享单车，电脑，手机等都离不开数控机床的身影。可想而知，数控机床对制造业的重要性。

言归正题，为什么说调参数并不只是工程师日常工作的全部呢？

因为数控机床是一种集机械，电气，液压，气动，信息等多项技术为一体的机电一体化设备。 再加上数控机床的应用领域 — 「数控加工」还要涉及到材料，化学等其他多种学科，实际上数控机床是一个集多种应用的复杂工程。所以说只是一味的调参数是不够的，像其他如机器人这样的自动控制的应用也是如此。

举一个实际工作中的应用案例，下图是一个四轴加工中心加工出的一个零件，我们能看到这个工件的表面质量极差。红圈处有明显的棱，用手就可以摸出；蓝圈处可见明显的纹路。工程师通过反复调整系统的参数，却都无法改善表面的质量。

于是，我们的工程师凭借多年的经验判断，怀疑与机床的Z轴有关。使用软件追踪机床Z轴的相关信号，果然发现Z轴在运动过程中有明显的振动，尤其是在加减速阶段，如下图红圈处所示：

检查机床结构发现，该机床的Z轴采用了重锤配重设计。当机床Z轴上下运动尤其是加速运动时，配重块的「重锤」就会跟随Z轴牵引的链条上下运动从而引发振动。配重设计主要是为了平衡垂向轴所受的重力以减轻伺服电机的受力。一般采用重锤设计或液压/气压平衡装置。

最终，工程师在数控系统中添加了滤波器以抑制振动，让振动幅度明显减小，但并未完全消除。

加工的工件表面质量最终也有所提升：

虽然这个例子的问题是通过调整参数解决，但其根本原因来自于机床本身Z轴配重导致的振动，如果机床本身在设计时就不使用配重，而是采用更大的电机，那么我们可能根本就不会遇到这种问题，也就不需要去调整参数加什么滤波器了。亦或是机床的使用者对机床本身的特性有所了解，在加工此工件时选用动态响应能力更好的机床也会避免此问题的发生。

再举一个例子，三轴加工中心加工模具测试件，在曲面顶部和底部都可见「过切」痕迹，如下图红圈处：

工程师一般遇到这种问题都会思考是不是参数没有调好才导致过切的，但这个案例偏偏就不是参数引起的，而是冷却问题导致的这种「过切」假象。当重新更换冷却方式后（实际上是我们工程师自己拿个灌了油的饮料瓶手动喷淋L），这些所谓的「过切」痕迹就通通消失了。如果我还在那琢磨如何通过调整参数来解决，调来调去，最终也是徒劳。

总结一下，到底如何避免「只是调参数」

1. 工程师层面：除了熟悉控制原理，知道如何进行参数调试外还需了解相应的机械、工艺等其他知识，并从实际工作中积累丰富的经验，才能快速的找到问题症结所在，对症下药。

2. 设备层面：在设备的设计和制造时就充分考虑到未来的应用场景，做出更符合实际应用的设计。就像第一个例子那样，如果机床使用更大的电机而取消配重那就不需要通过调整参数来解决问题了。

3. 应用层面：针对不同的应用场景选择合适的设备和合理的工艺。设备的使用者如果对机床本身的特性能有更深的理解（第一个例子）或使用好相应的工艺(第二个例子)也可避免出现一味的只是调整参数却不能解决问题的情况。

本文作者：

石璇 @Gothic Hero

西门子数字化工厂集团

运动控制部

数控技术应用中心