伺服的歷史以及發(fā)展(編輯修改稿)
2025-07-18 13:30 本頁面
【文章內容簡介】 術發(fā)展方向現代交流伺服系統，經歷了從模擬到數字化的轉變，數字控制環(huán)已經無處不在，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（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，總之產品生命周期越來越短?？偨Y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，可以看到以下一些最新發(fā)展趨勢。i. 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(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。ii. 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，由于消除了中間傳遞誤差，從而實現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的各種裝置實現小型化和輕量化。iii. 高速、高精、高性能化采用更高精度的編碼器（每轉百萬脈沖級），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，不斷將伺服系統的指標提高。iv. 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(fā)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（Smart Motor），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(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。v. 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(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?？梢允褂秒姍C本身配置的反饋構成半閉環(huán)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(huán)控制系統。vi. 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。vii. 網絡化和模塊化將現場總線和工業(yè)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?，F代工業(yè)局域網發(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據傳輸實時性、可靠性、同步性的要求。隨著國內對大規(guī)模分布式控制裝置的需求上升，高檔數控系統的開發(fā)成功，網絡化數字伺服的開發(fā)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。viii. 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(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。ix. 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（SPM）和嵌入式永磁（IPM）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。x. 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，已經看到500KW永磁伺服電機的出現。體現了向兩極化發(fā)展的傾向。xi. 其他動向發(fā)熱抑制、靜音化、清潔技術等。市場狀況1． 歐美和國內市場規(guī)模以及基本走勢根據ARC 2001年的報告，01年到06年的復合增長率在7％以上，預計全球伺服系統的市場規(guī)模在2006年會達到29億美金左右（這個預測包括了交流伺服和步進電機）。現在回過頭來看，恐怕已經不止這個數據，這中間經歷了911等因素造成的003年的市場衰退和04年之后的恢復性增長。預計未來幾年增長率會有所提高。國內交流伺服的市場規(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％的年復合增長率，在所有自動化產品中當屬發(fā)展最快之列。而且隨著世界制造業(yè)加速向中國轉移，國產數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，國產交流伺服系統的性價比快速提高，交流伺服系統的市場會繼續(xù)保持快速增長的勢頭，預計從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為主的華北各為15％左右。華中和東北大約是10％。華東市場是伺服最大的消費市場，而且這個趨勢會持續(xù)下去。伺服驅動廠商面臨用戶和OEM廠家不斷變化的需求的挑戰(zhàn)，伺服驅動器的上位機可以是CNC系統、通用運動控制器和PLC，還有各種嵌入式控制器，他們必須不斷推出多樣化的產品，滿足所有運動控制領域的要求。從功率范圍上，當前100W～2000W是主流，大約占整個伺服市場的70％，而10KW以下
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