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)無處不在,比如換相、電流、速度和位置控制;采用新型功率半導體器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服專用模塊也不足為奇。國際廠商伺服產(chǎn)品每5年就會換代,新的功率器件或模塊每2～2.5年就會更新一次,新的軟件算法則日新月異,總之產(chǎn)品生命周期越來越短?？偨Y(jié)國內(nèi)外伺服廠家的技術路線和產(chǎn)品路線,結(jié)合市場需求的變化,可以看到以下一些最新發(fā)展趨勢:高效率化:盡管這方面的工作早就在進行,但是仍需要繼續(xù)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(jié)構(gòu)設計,也包括驅(qū)動系統(tǒng)的高效率化,包括逆變器驅(qū)動電路的優(yōu)化,加減速運動的優(yōu)化,再生制動和能量反饋以及更好的冷卻方式等。
直接驅(qū)動:直接驅(qū)動包括采用盤式電機的轉(zhuǎn)臺伺服驅(qū)動和采用直線電機的線性伺服驅(qū)動,由于消除了中間傳遞誤差,從而實現(xiàn)了高速化和高定位精度。直線電機容易改變形狀的特點可以使采用線性直線機構(gòu)的各種裝置實現(xiàn)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（每轉(zhuǎn)百萬脈沖級）,更高采樣精度和數(shù)據(jù)位數(shù)、速度更快的DSP,無齒槽效應的高性能旋轉(zhuǎn)電機、直線電機,以及應用自適應、人工智能等各種現(xiàn)代控制策略,不斷將伺服系統(tǒng)的指標提高。
一體化和集成化:電動機、反饋、控制、驅(qū)動、通訊的縱向一體化成為當前小功率伺服系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。有時我們稱這種集成了驅(qū)動和通訊的電機叫智能化電機（SmartMotor）,有時我們把集成了運動控制和通訊的驅(qū)動器叫智能化伺服驅(qū)動器。電機、驅(qū)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(zhàn)（如可靠性）和工程師使用習慣的挑戰(zhàn),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(qū)動器配置有大量的參數(shù)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(huán)矢量控制、閉環(huán)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(qū)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(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng),也可以通過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)。
智能化:現(xiàn)代交流伺服驅(qū)動器都具備參數(shù)記憶、故障自診斷和分析功能,絕大多數(shù)進口驅(qū)動器都具備負載慣量測定和自動增益調(diào)整功能,有的可以自動辨識電機的參數(shù),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(qū)動結(jié)合在一起,對于伺服用戶來說,則提供了更好的體驗。
網(wǎng)絡化和模塊化:將現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術、甚至無線網(wǎng)絡技術集成到伺服驅(qū)動器當中,已經(jīng)成為歐洲和美國廠商的常用做法?，F(xiàn)代工業(yè)局域網(wǎng)發(fā)展的重要方向和各種總線標準競爭的焦點就是如何適應高性能運動控制對數(shù)據(jù)傳輸實時性、可靠性、同步性的要求。隨著國內(nèi)對大規(guī)模分布式控制裝置的需求上升,高檔數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)成功,網(wǎng)絡化數(shù)字伺服的開發(fā)已經(jīng)成為當務之急。模塊化不僅指伺服驅(qū)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(qū)動器內(nèi)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(fā)展,傳統(tǒng)的故障診斷和保護技術（問題發(fā)生的時候判斷原因并采取措施避免故障擴大化）已經(jīng)落伍,最新的產(chǎn)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(shù)的動態(tài)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(jiān)視溫度傳感器,以及對電流波形發(fā)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(chǎn)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(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)的電機出現(xiàn),分割式鐵芯結(jié)構(gòu)工藝在日本的使用使永磁無刷伺服電機的生產(chǎn)實現(xiàn)了高效率、大批量和自動化,并引起國內(nèi)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(fā)展,比如20,28,35mm外徑;同時也在發(fā)展更大功率和尺寸的機種,已經(jīng)看到500KW永磁伺服電機的出現(xiàn),體現(xiàn)了向兩極化發(fā)展的傾向。
發(fā)展方向:隨著生產(chǎn)力不斷發(fā)展,要求伺服系統(tǒng)向高精度、高速度、大功率方向發(fā)展。
1、充分利用迅速發(fā)展的電子和計算機技術,采用數(shù)字式伺服系統(tǒng),利用微機實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制,增強軟件控制功能,排除模擬電路的非線性誤差和調(diào)整誤差以及溫度漂移等因素的影響,這可大大提高伺服系統(tǒng)的性能,并為實現(xiàn)最優(yōu)控制、自適應控制創(chuàng)造條件;
2、開發(fā)高精度、快速檢測元件;
3、開發(fā)高性能的伺服電機（執(zhí)行元件）。交流伺服電機的變速比已達1∶10000,使用日益增多。無刷電機因無電刷和換向片零部件,加速性能要比直流伺服電機高兩倍,維護也較方便,常用于高速數(shù)控機床。
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