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(dǎo)體器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服模塊(比如IR推出的伺服控制引擎)也不足為奇。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。總結(jié)國內(nèi)外伺服廠家的技術(shù)路線和產(chǎn)品路線,結(jié)合市場需求的變化,可以看到以下一些發(fā)展趨勢。
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率化
盡管這方面的工作早就在進(jìn)行,但是仍需要繼續(xù)加強。主要包括電機本身的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,也包括驅(qū)動系統(tǒng)的率化,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。
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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。
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高速、高精、高性能化
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(jìn)口驅(qū)動器都具備負(fù)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(jìn)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。
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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(dāng)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(Smart Motor),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(shè)計、制造到運行、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,在整個伺服市場中是一個很小的有特色的部分。
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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(shè)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(jìn)電機,也可以適應(yīng)不同的傳感器類型甚至無位置傳感器??梢允褂秒姍C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)。
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智能化
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(yīng)的高性能旋轉(zhuǎn)電機、直線電機,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。
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網(wǎng)絡(luò)化和模塊化
隨著機器安全標(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,的產(chǎn)品嵌入了預(yù)測性維護(hù)技術(shù),使得人們可以通過Internet及時了解重要技術(shù)參數(shù)的動態(tài)趨勢,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。
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從故障診斷到預(yù)測性維護(hù)
隨著機器安全標(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,的產(chǎn)品嵌入了預(yù)測性維護(hù)技術(shù),使得人們可以通過Internet及時了解重要技術(shù)參數(shù)的動態(tài)趨勢,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。
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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(yīng)用場合專門設(shè)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)了率、大批量和自動化,并引起國內(nèi)廠家的研究。
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小型化和大型化
無論是永磁無刷伺服電機還是步進(jìn)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。
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其他動向
發(fā)熱抑制、靜音化、清潔技術(shù)等。