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伺服系统发展前景 - 专业生产镗铣床龙门 精密数控镗床 数控加工中心

发布日期:2018-12-10 作者: 点击:

  伺服系统发展前景向好

  2012年国内伺服电机生产企业产量约172万台,国内需求市场规模达到了385万台。国内伺服电机销售规模达到60.39亿元;2013年我国伺服电机生产企业产量约206万台,需求量约444万台。国内伺服电机销售规模达到55.87亿元;2014年,受益于机器人、物料搬运设备、木工机械等OEM行业升温持续,伺服市场增速大幅回升。我国伺服电机产销量分别为255万台和535万台,市场规模约61.18亿元;2015年,市场规模达到63.19亿元。

  目前,国外品牌占据了中国交流伺服市场近90%的市场份额,他们来自日本和欧美。

  相比之下,国产伺服品牌起步较晚,据不完全统计,国内较大规模的伺服品牌20余家。

  伺服系统发展趋势

  伺服系统方便、快速、灵活、准确的驱动在机电设备中发挥了重要的作用,其发展与伺服电机的发展相辅相成,伺服驱动早在20世纪60年代以前,不是液压的就是直接以驱动为主要特征的伺服电机,采取开环控制的方法来进行位置控制。直流伺服电机则是在60―70年代出现并迅速发展起来的,其在工业等相关的领域有了空前的发展和推广,其采用的开环控制方法也被闭环控制所取代。永磁式直流电机一直以来都在数控机床应用中占主导作用,它没有励磁的耗损,很容易就能使电路得到控制,有较好的低速性能。自20世纪80年代开始,交流伺服驱动技术得到迅猛发展,与此同时,交流伺服系统的性能也在不断地提高,相应的伺服传动装置也在不断的发展,经历了模拟式、数模混合式和全数字化过程。交流伺服在90年代得到了迅猛的发展,到了21世纪,其已经成为工业自动化控制的上世纪90年代交流伺服成为取得突破性发展。进入21世纪,交流伺服技术已成为工业自动化控制的主要使用技术。总体上来看,伺服系统可以往下面几个方面发展。

  1、交流化方面

  由原来的DC伺服系统转化成AC伺服系统。目前,AC伺服系统几乎占据了国际市场,发达国家的AC伺服电机在所有产品中的占有率达到了80%以上,但是在国内可以生产AC伺服系统的企业几乎找不到。由此推断,在不久的将来,除了少数微型电机领域以外的原来DC伺服电机占据的市场外,所有的市场将被AC伺服电机占有。

  2、全数字化方面

  以电子器件为主的伺服控制单元将被使用新型高速微处理器和专用数字信号处理机的完全取代,进而促进伺服系统的全数字化。实现完全数字化,对实现软件伺服控制十分有利,而使得现代控制理论的模糊控制、神经元网络、人工智能、最优控制等先进算法能应用于伺服系统。

  3、小型化和微型化

  目前,如功率场效应管(MOSFET)、绝缘门极晶体管(IGBT)、晶体管(GTR)等大部分新型功率半导体器件被伺服控制系统采用。通过这些器件的利用,使伺服单元输出回路的功耗有所下降,系统的反映速度也有所加强,消除工作噪声。尤其是开始使用智能控制功率模块(Intelligent Power Modules,简称IPM)伺服控制系统,其将能耗制动、过温、过压、过流保护、输入隔离及故障诊断等功能全都集成在了一个不是很大的模块当中。

  4、高度集成化

  新型的伺服系统将原有伺服系统划分方法进行了升级,利用单一的、集成且功能强大的控制单元控制系统。同一控制单元有相同功能的,其单元的性能可以通过软件设置系统参数来改变。此外,还可以通过接口和外部设备位置或者力矩传感器组成的闭环控制系统来改变。使得设备本身自带传感器组成半闭环控制系统。在集成化提高的同时,也明显减少了整个控制系统的空间,使整个设备的安装和调试简单化。

  5、智能化方面

  目前所有工业控制设备发展的大趋势就是智能化,而伺服驱动系统作为一种高级的工业控制装置也不可避免。智能型产品是如今最新的信息化伺服控制单元的设计形式。而所谓的智能则主要体现在下面几个功能上:首先,参数记忆的功能可以实现,通过人机对话,完成系统中所有参数的相关设计,利用软件设置的方法进行相应的修改,存储数据时通过保存伺服单元来实现。利用通信接口和上位计算机来修改相关运行数据参数。其次,伺服驱动系统具有自诊断系统,可以进行自身故障分析,将系统运行中出现的问题原因和诊断结果实时反映到用户的界面,便于工作人员对系统进行监控和及时维护。最后,某些伺服系统还设计了参数自整定的程序。与此同时,为了使得系统性能稳定,必须要对系统参数进行闭环调节,耗费大量人力、物力。伺服单元带有自整定功能的可以在试运行的过程中,对系统内部参数进行自动整定,使设备达到最优化的程度,这也是伺服系统未来的发展方向,对用户提供新型服务。

  6、高抗干扰性

  伺服系统有两方面的抗干扰能力,其中一方面是对于周边设备,伺服系统没有干扰;另一方面是伺服系统不被周边设备所干扰。从干扰介质上分类干扰为传导干扰和辐射干扰等。解决办法也应该从干扰源上分析来着手解决,防止干扰的常用方法有:加超导磁环、隔离、滤波器、屏蔽等。有专家提出了一种消除干扰脉冲和因电机轴抖动而产生的误码脉冲的算法,将此算法应用于实际的交流伺服控制系统中,结果显示在编码器分辨率不变的前提下,系统的检测精度得到极大提高。

  7、模块化和网络化

  在国外,工厂自动化(Factory Automation,FA)工程技术在飞速发展,并且显示发展势头非常旺盛。它以工业局域网技术为基础的,为适应工业局域网技术发展趋势,专用的局域网接口和标准如RS-232C或RS-422等串行通信接口在新型的伺服系统中都有配置。设置这些接口使伺服单元同其他控制设备之间相互联接的能力明显的增强了,进而也更容易与CNC控制系统相连接了,想要把几台甚至是数十台的伺服单元与上位计算机连接组合成一个大的数控系统,仅仅用一根光缆或者是电缆就可以做到。此外,还可通过串行接口,连接可编程控制器(PLC)的数控模块。

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