現(xiàn)代伺服技術(shù)新發(fā)展趨勢(shì)分析
2010/11/1 9:05:32
現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)，經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字化的轉(zhuǎn)變，數(shù)字控制環(huán)已經(jīng)無(wú)處不在，比如換相、電流、速度和位置控制；采用新型功率半導(dǎo)體器件、高性能DSP 加FPGA、以及伺服專(zhuān)用模塊也不足為奇。國(guó)際廠商伺服產(chǎn)品每5 年就會(huì)換代，新的功率器件或模塊每2～2.5 年就會(huì)更新一次，新的軟件算法則日新月異，總之產(chǎn)品生命周期越來(lái)越短?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外伺服廠家的技術(shù)路線和產(chǎn)品路線，結(jié)合市場(chǎng)需求的變化，可以看到以下一些新發(fā)展趨勢(shì)：
盡管這方面的工作早就在進(jìn)行，但是仍需要繼續(xù)加強(qiáng)。主要包括電機(jī)本身的高效率比如永磁材料性能的改進(jìn)和更好的磁鐵安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高效率化，包括逆變器驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)化，加減速運(yùn)動(dòng)的優(yōu)化，再生制動(dòng)和能量反饋以及更好的冷卻方式等。
直接驅(qū)動(dòng)包括采用盤(pán)式電機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)和采用直線電機(jī)的線性伺服驅(qū)動(dòng)，由于消除了中間傳遞誤差，從而實(shí)現(xiàn)了高速化和高定位精度。直線電機(jī)容易改變形狀的特點(diǎn)可以使采用線性直線機(jī)構(gòu)的各種裝置實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化。
采用更高精度的編碼器（每轉(zhuǎn)百萬(wàn)脈沖級(jí)），更高采樣精度和數(shù)據(jù)位數(shù)、速度更快的DSP，無(wú)齒槽效應(yīng)的高性能旋轉(zhuǎn)電機(jī)、直線電機(jī)，以及應(yīng)用自適應(yīng)、人工智能等各種現(xiàn)代控制策略，不斷將伺服系統(tǒng)的指標(biāo)提高。
電動(dòng)機(jī)、反饋、控制、驅(qū)動(dòng)、通訊的縱向一體化成為當(dāng)前小功率伺服系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。有時(shí)我們稱(chēng)這種集成了驅(qū)動(dòng)和通訊的電機(jī)叫智能化電機(jī)（Smart Motor），有時(shí)我們把集成了運(yùn)動(dòng)控制和通訊的驅(qū)動(dòng)器叫智能化伺服驅(qū)動(dòng)器。電機(jī)、驅(qū)動(dòng)和控制的集成使三者從設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)行、維護(hù)都更緊密地融為一體。但是這種方式面臨更大的技術(shù)挑戰(zhàn)（如可靠性）和工程師使用習(xí)慣的挑戰(zhàn)，因此很難成為主流，在整個(gè)伺服市場(chǎng)中是一個(gè)很小的有特色的部分。
通用型驅(qū)動(dòng)器配置有大量的參數(shù)和豐富的菜單功能，便于用戶(hù)在不改變硬件配置的條件下,方便地設(shè)置成V/F 控制、無(wú)速度傳感器開(kāi)環(huán)矢量控制、閉環(huán)磁通矢量控制、永磁無(wú)刷交流伺服電動(dòng)機(jī)控制及再生單元等五種工作方式，適用于各種場(chǎng)合，可以驅(qū)動(dòng)不同類(lèi)型的電機(jī)，比如異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)，也可以適應(yīng)不同的傳感器類(lèi)型甚至無(wú)位置傳感器?？梢允褂秒姍C(jī)本身配置的反饋構(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng)，也可以通過(guò)接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構(gòu)成高精度全閉環(huán)控制系統(tǒng)。
現(xiàn)代交流伺服驅(qū)動(dòng)器都具備參數(shù)記憶、故障自診斷和分析功能，絕大多數(shù)進(jìn)口驅(qū)動(dòng)器都具備負(fù)載慣量測(cè)定和自動(dòng)增益調(diào)整功能，有的可以自動(dòng)辨識(shí)電機(jī)的參數(shù)，自動(dòng)測(cè)定編碼器零位，有些則能自動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)抑止。將電子齒輪、電子凸輪、同步跟蹤、插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)等控制功能和驅(qū)動(dòng)結(jié)合在一起，對(duì)于伺服用戶(hù)來(lái)說(shuō)，則提供了更好的體驗(yàn)。
將現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、甚至無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成到伺服驅(qū)動(dòng)器當(dāng)中，已經(jīng)成為歐洲和美國(guó)廠商的常用做法?，F(xiàn)代工業(yè)局域網(wǎng)發(fā)展的重要方向和各種總線標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)就是如何適應(yīng)高性能運(yùn)動(dòng)控制對(duì)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性、可靠性、同步性的要求。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)大規(guī)模分布式控制裝置的需求上升，高檔數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成功，網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字伺服的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。模塊化不僅指伺服驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊、再生制動(dòng)模塊、通訊模塊之間的組合方式，而且指伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部軟件和硬件的模塊化和可重用。
隨著機(jī)器安全標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的故障診斷和保護(hù)技術(shù)（問(wèn)題發(fā)生的時(shí)候判斷原因并采取措施避免故障擴(kuò)大化）已經(jīng)落伍，新的產(chǎn)品嵌入了預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)，使得人們可以通過(guò)Internet 及時(shí)了解重要技術(shù)參數(shù)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，并采取預(yù)防性措施。比如：關(guān)注電流的升高，負(fù)載變化時(shí)評(píng)估尖峰電流，外殼或鐵芯溫度升高時(shí)監(jiān)視溫度傳感器，以及對(duì)電流波形發(fā)生的任何畸變保持警惕。
雖然市場(chǎng)上存在通用化的伺服產(chǎn)品系列，但是為某種特定應(yīng)用場(chǎng)合專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的伺服系統(tǒng)比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形狀、不同表面粘接結(jié)構(gòu)（SPM）和嵌入式永磁（IPM）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)出現(xiàn)，分割式鐵芯結(jié)構(gòu)工藝在日本的使用使永磁無(wú)刷伺服電機(jī)的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了高效率、大批量和自動(dòng)化，并引起國(guó)內(nèi)廠家的研究。
無(wú)論是永磁無(wú)刷伺服電機(jī)還是步進(jìn)電機(jī)都積極向更小的尺寸發(fā)展，比如20，28，35mm 外徑；同時(shí)也在發(fā)展更大功率和尺寸的機(jī)種，已經(jīng)看到500KW 永磁伺服電機(jī)的出現(xiàn)。體現(xiàn)了向兩極化發(fā)展的傾向
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