現代伺服電機技術(shù)10大最新發(fā)展趨勢

現代交流伺服系統，經(jīng)歷了從模擬到數字化的轉變，數字控制環(huán)已經(jīng)無(wú)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(zhuān)用模塊也不足為奇。國際廠(chǎng)商伺服產(chǎn)品每5年就會(huì )換代，新的功率器件或模塊每2～2.5年就會(huì )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(lái)越短?？偨Y國內外伺服廠(chǎng)家的技術(shù)路線(xiàn)和產(chǎn)品路線(xiàn)，結合市場(chǎng)需求的變化，可以看到以下一些最新發(fā)展趨勢：

1.專(zhuān)用化和多樣化

    雖然市場(chǎng)上存在通用化的伺服產(chǎn)品系列，但是為某種特定應用場(chǎng)合專(zhuān)門(mén)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(wú)刷伺服電機的生產(chǎn)實(shí)現了高效率、大批量和自動(dòng)化，并引起國內廠(chǎng)家的研究。

2.網(wǎng)絡(luò )化和模塊化

    將現場(chǎng)總線(xiàn)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、甚至無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)集成到伺服驅動(dòng)器當中，已經(jīng)成為歐洲和美國廠(chǎng)商的常用做法?，F代工業(yè)局域網(wǎng)發(fā)展的重要方向和各種總線(xiàn)標準競爭的焦點(diǎn)就是如何適應高性能運動(dòng)控制對數據傳輸實(shí)時(shí)性、可靠性、同步性的要求。隨著(zhù)國內對大規模分布式控制裝置的需求上升，高檔數控系統的開(kāi)發(fā)成功，網(wǎng)絡(luò )化數字伺服的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為當務(wù)之急。模塊化不僅指伺服驅動(dòng)模塊、電源模塊、再生制動(dòng)模塊、通訊模塊之間的組合方式，而且指伺服驅動(dòng)器內部軟件和硬件的模塊化和可重用。

3.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(jìn)和更好的磁鐵安裝結構設計，也包括驅動(dòng)系統的高效率化，包括逆變器驅動(dòng)電路的優(yōu)化，加減速運動(dòng)的優(yōu)化，再生制動(dòng)和能量反饋以及更好的冷卻方式等。

4.高速、高精、高性能化

    采用更高精度的編碼器(每轉百萬(wàn)脈沖級)，更高采樣精度和數據位數、速度更快的DSP，無(wú)齒槽效應的高性能旋轉電機、直線(xiàn)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。

5.智能化

    現代交流伺服驅動(dòng)器都具備參數記憶、故障自診斷和分析功能，絕大多數進(jìn)口驅動(dòng)器都具備負載慣量測定和自動(dòng)增益調整功能，有的可以自動(dòng)辨識電機的參數，自動(dòng)測定編碼器零位，有些則能自動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)抑止。將電子齒輪、電子凸輪、同步跟蹤、插補運動(dòng)等控制功能和驅動(dòng)結合在一起，對于伺服用戶(hù)來(lái)說(shuō)，則提供了更好的體驗。

6.直接驅動(dòng)

    直接驅動(dòng)包括采用盤(pán)式電機的轉臺伺服驅動(dòng)和采用直線(xiàn)電機的線(xiàn)性伺服驅動(dòng)控制，由于消除了中間傳遞誤差，從而實(shí)現了高速化和高定位精度。直線(xiàn)電機容易改變形狀的特點(diǎn)可以使采用線(xiàn)性直線(xiàn)機構的各種裝置實(shí)現小型化和輕量化。

7.一體化和集成化

    電動(dòng)機、反饋、控制、驅動(dòng)、通訊的縱向一體化成為當前小功率伺服系統的一個(gè)發(fā)展方向。有時(shí)我們稱(chēng)這種集成了驅動(dòng)和通訊的電機叫智能化電機(SmartMotor)，有時(shí)我們把集成了運動(dòng)控制和通訊的驅動(dòng)器叫伺服電機控制器。電機、驅動(dòng)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(shù)挑戰(如可靠性)和工程師使用習慣的挑戰，因此很難成為主流，在整個(gè)伺服市場(chǎng)中是一個(gè)很小的有特色的部分。

8.通用化

    通用型驅動(dòng)器配置有大量的參數和豐富的菜單功能，便于用戶(hù)在不改變硬件配置的條件下,方便地設置成V/F控制、無(wú)速度傳感器開(kāi)環(huán)矢量控制、閉環(huán)磁通矢量控制、永磁無(wú)刷交流伺服電動(dòng)機控制及再生單元等五種工作方式控制工程網(wǎng)版權所有，適用于各種場(chǎng)合，可以驅動(dòng)不同類(lèi)型的電機，比如異步電機、交流伺服電機、無(wú)刷直流電機、步進(jìn)電機，也可以適應不同的傳感器類(lèi)型甚至無(wú)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(guò)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。

9.從故障診斷到預測性維護

    隨著(zhù)機器安全標準的不斷發(fā)展，傳統的故障診斷和保護技術(shù)(問(wèn)題發(fā)生的時(shí)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(shù)，使得人們可以通過(guò)Internet及時(shí)了解重要技術(shù)參數的動(dòng)態(tài)趨勢，并采取預防性措施。比如：關(guān)注電流的升高，負載變化時(shí)評估尖峰電流，外殼或鐵芯溫度升高時(shí)監視溫度傳感器，以及對電流波形發(fā)生的任何畸變保持警惕。

10.小型化和大型化

    無(wú)論是永磁無(wú)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(shí)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。體現了向兩極化發(fā)展的傾向。