伺服的歷史以及發(fā)展(編輯修改稿)
2025-07-18 13:30 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 術(shù)發(fā)展方向現(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、以及伺服專用模塊（比如IR推出的伺服控制專用引擎）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～，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(shù)路線和產(chǎn)品路線，結(jié)合市場需求的變化，可以看到以下一些最新發(fā)展趨勢。i. 高效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(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，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(yùn)動的優(yōu)化，再生制動和能量反饋以及更好的冷卻方式等。ii. 直接驅(qū)動直接驅(qū)動包括采用盤式電機(jī)的轉(zhuǎn)臺伺服驅(qū)動和采用直線電機(jī)的線性伺服驅(qū)動，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。iii. 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(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。iv. 一體化和集成化電動機(jī)、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(jī)叫智能化電機(jī)（Smart Motor），有時我們把集成了運(yùn)動控制和通訊的驅(qū)動器叫智能化伺服驅(qū)動器。電機(jī)、驅(qū)動和控制的集成使三者從設(shè)計、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，在整個伺服市場中是一個很小的有特色的部分。v. 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(jī)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(jī)，比如異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、無刷直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)，也可以適應(yīng)不同的傳感器類型甚至無位置傳感器?？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)。vi. 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(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(jī)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(bǔ)運(yùn)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(yàn)。vii. 網(wǎng)絡(luò)化和模塊化將現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、甚至無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成到伺服驅(qū)動器當(dāng)中，已經(jīng)成為歐洲和美國廠商的常用做法。現(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)競爭的焦點(diǎn)就是如何適應(yīng)高性能運(yùn)動控制對數(shù)據(jù)傳輸實(shí)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(luò)化數(shù)字伺服的開發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)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。viii. 從故障診斷到預(yù)測性維護(hù)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)（問題發(fā)生的時候判斷原因并采取措施避免故障擴(kuò)大化）已經(jīng)落伍，最新的產(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。ix. 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(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(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刷伺服電機(jī)的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了高效率、大批量和自動化，并引起國內(nèi)廠家的研究。x. 小型化和大型化無論是永磁無刷伺服電機(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。xi. 其他動向發(fā)熱抑制、靜音化、清潔技術(shù)等。市場狀況1． 歐美和國內(nèi)市場規(guī)模以及基本走勢根據(jù)ARC 2001年的報告，01年到06年的復(fù)合增長率在7％以上，預(yù)計全球伺服系統(tǒng)的市場規(guī)模在2006年會達(dá)到29億美金左右（這個預(yù)測包括了交流伺服和步進(jìn)電機(jī)）?，F(xiàn)在回過頭來看，恐怕已經(jīng)不止這個數(shù)據(jù)，這中間經(jīng)歷了911等因素造成的003年的市場衰退和04年之后的恢復(fù)性增長。預(yù)計未來幾年增長率會有所提高。國內(nèi)交流伺服的市場規(guī)模2006年估計在20億人民幣左右，市場規(guī)模近3年一直保持了大于25％的年復(fù)合增長率，在所有自動化產(chǎn)品中當(dāng)屬發(fā)展最快之列。而且隨著世界制造業(yè)加速向中國轉(zhuǎn)移，國產(chǎn)數(shù)控裝備在國家政策的扶持下快速向高性能、高附加值發(fā)展，國產(chǎn)交流伺服系統(tǒng)的性價比快速提高，交流伺服系統(tǒng)的市場會繼續(xù)保持快速增長的勢頭，預(yù)計從2007到2010年，年平均增長率會維持在20％以上。但是平均單價也將隨著競爭加劇不斷下降，每年大約下降10％。中國伺服產(chǎn)品的用戶區(qū)域主要分布在華東、華南和華北，其中華東市場（上海、江浙和山東）占45％，以廣東為主的華南和以京津?yàn)橹鞯娜A北各為15％左右。華中和東北大約是10％。華東市場是伺服最大的消費(fèi)市場，而且這個趨勢會持續(xù)下去。伺服驅(qū)動廠商面臨用戶和OEM廠家不斷變化的需求的挑戰(zhàn)，伺服驅(qū)動器的上位機(jī)可以是CNC系統(tǒng)、通用運(yùn)動控制器和PLC，還有各種嵌入式控制器，他們必須不斷推出多樣化的產(chǎn)品，滿足所有運(yùn)動控制領(lǐng)域的要求。從功率范圍上，當(dāng)前100W～2000W是主流，大約占整個伺服市場的70％，而10KW以下
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