4. 自动调谐功能原理与模式

Yaskawa Sigma系列伺服（如Σ-7、Σ-X）的自动调谐（Auto-Tuning，简称AT）是驱动器在伺服使能（Servo ON）状态下，自动辨识机械负载特性并计算出一组匹配的增益参数的功能。它的核心价值在于：把原本需要工程师反复试凑的惯量比、刚性等级、增益参数，交给驱动器通过注入测试信号、观测响应来一次性推定。理解AT，关键要抓住三件事——它辨识什么、它分几种模式、它什么时候能启动并给出可信结果。

一、AT到底在辨识什么

伺服系统的开环增益、速度环增益、位置环增益、积分时间常数等参数，本质上都要围绕“负载惯量比”来整定。AT在启动后，会向电机注入一段微小的测试动作（例如正反微动或扫频信号），通过编码器反馈观测机械的响应，从而估算出负载惯量比 J_L/J_M，再依据这个比值和用户设定的刚性等级，自动计算出一整套增益。因此AT的输出不是单一参数，而是一组“惯量比 + 增益组合 + 滤波器设定”。

需要特别强调的是：AT辨识的是机械特性，而不是“把系统调到最好”。它给出的是一个与刚性等级相匹配的、相对安全的起点，最终效果仍取决于刚性等级选得是否合适、机械是否存在间隙或共振。

二、两种模式：标准AT与定位AT

Sigma的AT主要分为两种模式，它们的适用场景和辨识方式不同：

• 标准AT（Standard Auto-Tuning）：适用于对定位时间要求不苛刻、以稳定运行为主的场合。它允许电机在调谐过程中有一定幅度的往复动作，辨识时间相对较长，但惯量比和增益的推定精度较高。适合传送带、风机、泵类、普通搬运轴等。
• 定位AT（Positioning Auto-Tuning）：适用于行程受限、不允许大幅动作的场合，例如丝杠行程很短、机械有硬限位、或负载不能自由往复的设备。它把测试动作限制在很小的范围内，辨识时间更短，但要求机械在微动范围内就能反映出惯量特性。适合短行程丝杠、夹爪、部分上下料轴。

选择哪种模式，本质上是“机械允许多大动作幅度”与“辨识精度要求”之间的权衡。行程充裕、追求精度选标准AT；行程受限、怕撞限位选定位AT。

三、刚性等级：AT的“目标档位”

刚性等级（Rigidity Level）是AT最重要的输入之一。它决定了驱动器在整定时“愿意把增益推到多高”。等级越高，增益越大、响应越快，但对机械刚性、装配精度、共振抑制的要求也越高。Sigma通常提供从0到30以上的刚性等级，数值越大越“硬”。

实际设定时，可以遵循一个经验起点：

• 皮带传动、长悬臂、塑料件等柔性机械：从较低等级（如8～12）起步；
• 滚珠丝杠、联轴器直连、刚性较好的金属结构：可从15～20起步；
• 高刚性短行程机构、直线电机：可尝试20以上。

设定刚性等级后启动AT，驱动器会按该等级对应的目标带宽去反算增益。如果AT完成后运行出现高频啸叫或低频晃动，说明等级偏高或机械存在共振，应降低等级后重新AT，或启用陷波滤波器。

四、调谐时间与启动条件

AT的调谐时间不是固定值，它取决于模式、机械惯量比大小以及动作幅度。标准AT通常需要数秒到十几秒，定位AT更短。启动AT必须满足几个条件：伺服已使能、机械处于可安全微动的状态、没有未复位的报警、行程范围内没有硬限位阻挡。若机械被机械挡块卡死或抱闸未打开，AT会因无法观测到有效响应而失败或给出错误惯量比。

五、调谐结果确认与实操示例

AT结束后，不能只看“调谐完成”提示，而要确认三件事：惯量比是否合理、增益是否生效、运行是否平稳。下面给出一个可参考的确认记录示例（参数为教学示例，非实测值）：

若惯量比读数远大于机械估算（例如估算为5却读到50），通常说明机械存在间隙、联轴器松动或测试动作被限位干扰，此时应检查机械连接后重新AT。若运行中出现持续高频噪声，可先降低刚性等级1～2档再试，或手动启用陷波滤波器抑制共振点。

总结来说，标准AT与定位AT的区别在于测试动作幅度与适用行程；刚性等级决定整定目标；启动条件保证辨识有效；结果确认则要结合惯量比、增益生效情况和实际运行表现综合判断。把这四点串起来，AT才真正从“按一下按钮”变成可控、可复现的整定手段。