|
摘要：隨著電機運動控制技術的飛速發展，目前伺服電機系統的應用可謂無處不在。那伺服電機的下一步發展方向又是什么呢? 現代交流伺服系統，在經歷了從模擬到數字化的轉變后，其內部數字控制環已經無處不在，比如換相、電流、速度和位置控制等;其實現主要通過新型功率半導體器件，像高性能DSP加FPGA、甚至伺服專用模塊也不足為奇。且新的功率器件或模塊每2～2.5年就會更新一次，新的軟件算法也日新月異，國際廠商的伺服產品大概每5年亦會更新換代——總而言之，產品生命周期越來越短，變化越來越快。總結國內外伺服廠家的技術路線和產品路線，結合市場需求的變化，可以看到以下一些伺服電機系統的最新發展趨勢： 高效率化 盡管高效化一直都是伺服系統重要的發展課題，但是仍需要繼續加強。主要包括電機本身的高效率：比如永磁材料性能的改進和更好的磁鐵安裝結構設計;也包括驅動系統的高效率化：包括逆變器驅動電路的優化，加減速運動的優化，再生制動和能量反饋以及更好的冷卻方式等。 直接驅動 直接驅動包括采用盤式電機的轉臺伺服驅動和采用直線電機的線性伺服驅動，由于消除了中間機械傳動設備的(如齒輪箱)傳遞誤差，從而實現了高速化和高定位精度。而直線電機容易改變形狀的特點可以使采用線性直線機構的各種裝置實現小型化和輕量化。 高速、高精、高性能化 采用更高精度的編碼器，更高采樣精度和數據位數、速度更快的DSP，無齒槽效應的高性能旋轉電機、直線電機，以及應用自適應、人工智能等各種現代控制策略，不斷將伺服系統的基礎指標(控制速度、控制精度)提高。 一體化和集成化 電動機、反饋、控制、驅動、通訊的縱向一體化成為當前小功率伺服系統的一個發展方向。有時我們稱這種集成了驅動和通訊的電機叫智能化電機，有時我們把集成了運動控制和通訊的驅動器叫智能化伺服驅動器。電機、驅動和控制的集成使三者從設計、制造到運行、維護都更緊密地融為一體。但是這種方式面臨更大的技術挑戰和工程師使用習慣的挑戰，因此很難成為主流，在整個伺服市場中是一個很小的有特色的部分。 通用化 通用型驅動器配置有大量的參數和豐富的菜單功能，便于用戶在不改變硬件配置的條件下,方便地設置成V/F控制、無速度傳感器開環矢量控制、閉環磁通矢量控制、永磁無刷交流伺服電動機控制及再生單元等五種工作方式，適用于各種場合，可以驅動不同類型的電機，比如異步電機、永磁同步電機、無刷直流電機、步進電機，也可以適應不同的傳感器類型甚至無位置傳感器。可以使用電機本身配置的反饋構成半閉環控制系統，也可以通過接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構成高精度全閉環控制系統。 智能化 現代交流伺服驅動器都具備參數記憶、故障自診斷和分析功能，絕大多數進口驅動器都具備負載慣量測定和自動增益調整功能，有的可以自動辨識電機的參數，自動測定編碼器零位，有些則能自動進行振動抑止。將電子齒輪、電子凸輪、同步跟蹤、插補運動等控制功能和驅動結合在一起，對于伺服用戶來說，則提供了更好的體驗。 網絡化和模塊化 將現場總線和工業以太網技術、甚至無線網絡技術集成到伺服驅動器當中，已經成為歐洲和美國廠商的常用做法。現代工業局域網發展的重要方向和各種總線標準競爭的焦點就是如何適應高性能運動控制對數據傳輸實時性、可靠性、同步性的要求。隨著國內對大規模分布式控制裝置的需求上升，高檔數控系統的開發成功，網絡化數字伺服的開發已經成為當務之急。模塊化不僅指伺服驅動模塊、電源模塊、再生制動模塊、通訊模塊之間的組合方式，而且指伺服驅動器內部軟件和硬件的模塊化和可重用。 從故障診斷到預測性維護 隨著機器安全標準的不斷發展，傳統的故障診斷和保護技術已經落伍，最新的產品嵌入了預測性維護技術，使得人們可以通過Internet及時了解重要技術參數的動態趨勢，并采取預防性措施。比如：關注電流的升高，負載變化時評估尖峰電流，外殼或鐵芯溫度升高時監視溫度傳感器，以及對電流波形發生的任何畸變保持警惕。 專用化和多樣化 雖然市場上存在通用化的伺服產品系列，但是為某種特定應用場合專門設計制造的伺服系統比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形狀、不同表面粘接結構和嵌入式永磁轉子結構的電機出現，分割式鐵芯結構工藝在日本的使用使永磁無刷伺服電機的生產實現了高效率、大批量和自動化，并引起國內廠家的研究。 小型化和大型化 無論是永磁無刷伺服電機還是步進電機都積極向更小的尺寸發展，比如20，28，35mm外徑;同時也在發展更大功率和尺寸的機種，已經看到500KW永磁伺服電機的出現。體現了向兩極化發展的傾向。 試驗方法亦在進步 和傳統的電機試驗不同，伺服電機的性能主要體現在控制速度和控制精度上，這就出現了一個問題：傳統的電機試驗方法只是針對電機而言的，無法對伺服系統的控制特性進行分析。 針對此現狀，MPT混合型電機測試系統，可通過自由加載引擎技術對被試電機進行連續動態變化的負載加載，實現真實環境中被試電機的工況模擬，從而可開展對應的電機及控制的動態響應控制、實際工況仿真及老化等各類測試，讓電機測試進入動態時代，滿足當前伺服運動系統行業對運動控制相關項目的測試需求。 |
