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本帖最后由 藍(lán)色童話 于 2010-6-3 12:31 編輯
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一,、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展概況1 N/ c& J, Z$ o' I, ]
伺服控制是指采用自動(dòng)控制技術(shù),，控制各種設(shè)備按預(yù)定方式運(yùn)動(dòng),。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)電一體化產(chǎn)品的“手和腳”,，對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的精度、剛度,、動(dòng)態(tài)特性等有極為重要的影響,，是工廠自動(dòng)化,、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等機(jī)電一體化產(chǎn)品中的重要驅(qū)動(dòng)部件,。一套完整的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī),、連接電纜等。1 P5 n# [. R" L2 q# @
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伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從液壓,、氣動(dòng)到電氣的過(guò)程,。電氣伺服系統(tǒng)的發(fā)展則經(jīng)歷了從直流有刷伺服驅(qū)動(dòng)、直流無(wú)刷伺服驅(qū)動(dòng)到永磁同步交流無(wú)刷伺服驅(qū)動(dòng)三個(gè)階段,。伺服驅(qū)動(dòng)器的控制方案從早期的模擬控制系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)代的基于DSP控制的全數(shù)字控制系統(tǒng),。由于交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有高能量密度、高性能,、免維護(hù)（無(wú)炭刷,、換向器等磨損元部件）、高可靠性等特點(diǎn),，目前隨著微處理器技術(shù),、大功率高性能半導(dǎo)體功率器件技術(shù),、電機(jī)永磁材料制造工藝的成熟與完善,，其功率日益提升，性價(jià)比也越來(lái)越高,，已經(jīng)逐漸成為主流,，特別是隨著我國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型，升級(jí),，對(duì)加工設(shè)備提出了高速度,、高精度、高效率的要求,，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍日益廣泛,，越來(lái)越多地取代機(jī)械傳動(dòng)、液壓和氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng),；交流伺服不斷取代直流伺服的市場(chǎng)份額,，導(dǎo)致直流伺服在整個(gè)伺服市場(chǎng)的占有率從目前的15％左右，每年大約下降0.5%,；同時(shí)交流伺服成本和尺寸不斷縮小,，逐步取代步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，成為工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)技術(shù)之一,。
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二,、現(xiàn)代伺服驅(qū)動(dòng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域 h6 w7 u4 }4 O/ {+ z, }! m
現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)最早被應(yīng)用到宇航和軍事領(lǐng)域，比如火炮,、雷達(dá)控制,。上世紀(jì)70年代逐漸進(jìn)入到工業(yè)領(lǐng)域和民用領(lǐng)域,。工業(yè)應(yīng)用主要包括數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人和其他廣義的數(shù)控機(jī)械,，比如紡織機(jī)械,、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械,、醫(yī)療設(shè)備,、半導(dǎo)體設(shè)備、郵政機(jī)械,、冶金機(jī)械,、自動(dòng)化流水線、各種專用設(shè)備等,。其中伺服用量最大的行業(yè)依次是：機(jī)床,、食品包裝、紡織,、電子半導(dǎo)體,、塑料、印刷和橡膠機(jī)械,，這些行業(yè)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的需求旺盛,。
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" n$ S8 F1 R8 w7 b8 U2006年伺服系統(tǒng)在中國(guó)市場(chǎng)收入約36160萬(wàn)美元，增長(zhǎng)26.8%,，預(yù)計(jì)在2011年將達(dá)到95380萬(wàn)美元,，年增長(zhǎng)率及預(yù)計(jì)增長(zhǎng)率都超過(guò)20%。* q) v; H/ w& O( [% P! }8 t
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目前,，我國(guó)已成為世界第一機(jī)床消費(fèi)大國(guó)和生產(chǎn)大國(guó),，就國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)現(xiàn)狀看，普及型和高檔數(shù)控機(jī)床使用交流永磁無(wú)刷伺服系統(tǒng)代替步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)配置,，其年需求量在20萬(wàn)套以上,，部分高檔數(shù)控機(jī)床開(kāi)始采用交流永磁直線伺服系統(tǒng)如力矩電機(jī)、直線電機(jī)等,。
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. n% Q7 _, r4 D& l2 Q+ P5 _& t在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域,，交流永磁伺服系統(tǒng)得到大量應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人擁有多個(gè)自由度,，每臺(tái)工業(yè)機(jī)器人需要的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)量在6套以上,。目前世界范圍內(nèi)工業(yè)機(jī)器人擁有量超過(guò)150萬(wàn)臺(tái)，機(jī)器人的需求量年增長(zhǎng)在30％以上,。國(guó)際上工業(yè)機(jī)器人采用的伺服系統(tǒng)屬專用系統(tǒng),，多軸合一，模塊化,，特殊的散熱結(jié)構(gòu),，特殊的控制方式,，對(duì)可靠性要求極高。
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) o0 a( Z5 P: l在注塑機(jī)領(lǐng)域,，我國(guó)的注塑機(jī)年產(chǎn)量已達(dá)10萬(wàn)臺(tái),，占世界注塑機(jī)總產(chǎn)量的2/3以上。注塑機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是從油電式向全電式方向發(fā)展,，預(yù)計(jì)在3-5年內(nèi)可能會(huì)形成油壓,、全電、油電“三分天下”的局面,。若電動(dòng)注塑機(jī)占總產(chǎn)量的20%計(jì),，注塑機(jī)用伺服驅(qū)動(dòng)器一年的需求量達(dá)24萬(wàn)臺(tái)。1 z% K7 e# F$ D/ A
% w0 F' ]2 U# N8 i我國(guó)包裝機(jī)械已成為機(jī)械工業(yè)中的十大行業(yè)之一,。2005年我國(guó)包裝機(jī)械產(chǎn)量已達(dá)到67萬(wàn)臺(tái)(套),，到2010年將增至93萬(wàn)臺(tái)(套)，包裝機(jī)械中的大部分使用的普通或小型電機(jī),，對(duì)大容量伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的年需求估計(jì)在4萬(wàn)套以上,。 ( ^- T, A" G: m. S
2 _7 y" z# S" j) Y8 e7 y+ E我國(guó)是一個(gè)紡織機(jī)械生產(chǎn)大國(guó)，但是在機(jī)電一體化方面的自動(dòng)化,、連續(xù)化,、高速化、智能化水平與世界先進(jìn)水平相比還有很大差距,，應(yīng)用伺服的比例較低,，是未來(lái)交流伺服大批量應(yīng)用的重要行業(yè)之一,。目前已有高檔梳棉機(jī),、帶自動(dòng)調(diào)勻整的并條機(jī)、新型粗紗機(jī),、數(shù)控細(xì)紗機(jī),、分條整經(jīng)機(jī)、漿紗機(jī),、園網(wǎng)印花機(jī)等設(shè)備都應(yīng)用了交流伺服運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品,，伺服年用量有5萬(wàn)套左右，且?guī)缀跞渴沁M(jìn)口產(chǎn)品,。$ W, [0 y4 |7 w$ T/ G; b, n
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我國(guó)已成為世界上最主要的工業(yè)縫紉機(jī)生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó),，2005年，國(guó)內(nèi)工業(yè)縫紉機(jī)產(chǎn)值達(dá)到200多億元,，年產(chǎn)量700萬(wàn)臺(tái),，占世界產(chǎn)量的70%。其中大量采用交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),。' O, _9 N' ]# T8 j2 \3 F' j. }
+ B: b+ ~: h0 M( n+ ~1 {9 w我國(guó)是風(fēng)力資源大國(guó),，風(fēng)力發(fā)電是國(guó)內(nèi)政策支持的重點(diǎn)領(lǐng)域,，其中伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于槳葉調(diào)整與方向控制，目前的需求量在5萬(wàn)套/年左右,，并且以中,、大功率為主，銷售額超過(guò)50億人民幣,，由于性能指標(biāo)要求較高,，現(xiàn)階段大量采用國(guó)外產(chǎn)品，需求量增長(zhǎng)很快,。1 t" V; {3 t$ g7 t/ P
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三,、中國(guó)伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
9 X* X7 V0 N/ O: @! F% J: @# G! K9 K我國(guó)在20世紀(jì)80年代初期通過(guò)引進(jìn)、消化,、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù),，又在國(guó)家“七五”、“八五”,、“九五”期間對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行重大科技攻關(guān),，取得了一定成果。2 \) P: R- u" k: I! g6 j2 X
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80年代,，我國(guó)曾花巨資引進(jìn)國(guó)外的伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù),。但由于其引進(jìn)的技術(shù)屬淘汰的落后技術(shù)，自主消化吸收沒(méi)有突破,，導(dǎo)致沒(méi)有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,。慘痛的歷史教訓(xùn)使我們明白了一個(gè)硬道理：對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)這樣的戰(zhàn)略高技術(shù)，靠花錢(qián)引進(jìn)根本辦不到,，盲目效仿國(guó)外,，也只會(huì)落后挨打，受制于人,，唯一的出路,，就是走自主創(chuàng)新之路。
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華中科技大學(xué)是我國(guó)自主創(chuàng)新的伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)源地之一,�,！鞍宋濉� 期間，華中科技大學(xué)的自控系和電力系分別開(kāi)始了伺服驅(qū)動(dòng)的研發(fā)工作,。1996年,，自控系與華中數(shù)控合作，共同研制基于單片機(jī)的模擬數(shù)字混合式（電流環(huán)是模擬量）交流伺服驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)（HSV-9系列）,，后來(lái)又開(kāi)發(fā)了基于DSP的全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置（HSV-16/18/20）并投入大批量生產(chǎn),，被評(píng)為國(guó)家攻關(guān)重大成果和國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品，到目前為止已累計(jì)生產(chǎn)銷售五萬(wàn)多臺(tái)。華中科技大學(xué)電力系與廣州數(shù)控,、上海開(kāi)通數(shù)控等單位合作,，研制的伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)也已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
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% O& m8 C4 U( d' H5 Y! D北京航天數(shù)控公司生產(chǎn)的DSCU系列全數(shù)字伺服控制單元和DSSU系列全數(shù)字主軸控制單元,、北京凱奇數(shù)控設(shè)備成套有限公司生產(chǎn)的全數(shù)字伺服控制單元和全數(shù)字主軸控制單元及電機(jī)也已經(jīng)得到了大規(guī)模應(yīng)用,，進(jìn)給伺服功率范圍20W—7.5KW，主軸伺服功率范圍3.5KW到22KW,，可以滿足企業(yè)實(shí)際需要,。
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. u6 @! \# v0 _$ ?5 I北京時(shí)光科技公司自主研發(fā)的“全數(shù)字化交流伺服控制技術(shù)”，采用32位微處理器為基礎(chǔ)的系統(tǒng)級(jí)芯片和智能化功率器件,，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)三相交流異步電機(jī)（鼠籠式電動(dòng)機(jī)）的高精度伺服控制,。基于此項(xiàng)技術(shù)研制生產(chǎn)的IMS系列伺服控制器可通過(guò)編程方式,，靈活,、準(zhǔn)確地對(duì)電機(jī)的位置、轉(zhuǎn)速,、加速度和輸出轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)高精度控制,，其產(chǎn)品能廣泛應(yīng)用于機(jī)床、電梯,、包裝機(jī)械,、印刷機(jī)械、塑料機(jī)械,、搬運(yùn)機(jī)械,、電動(dòng)車及自動(dòng)化生產(chǎn)線等各種領(lǐng)域，用戶反映良好,。其他銷量較大的伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品還有廣州數(shù)控等一些企業(yè),。
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應(yīng)該說(shuō)，目前,，我國(guó)已部分掌握伺服驅(qū)動(dòng)裝置及伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù),，形成了一定的產(chǎn)品系列和自主配套能力，但產(chǎn)品性能,、可靠性方面，與國(guó)外產(chǎn)品還存在一定差距,。特別是在全數(shù)字化的高性能伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)方面,，與國(guó)外名牌企業(yè)仍存在較大差距，已成為制約我國(guó)發(fā)展中高檔數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的“瓶頸”,。國(guó)外品牌占據(jù)了中國(guó)交流伺服市場(chǎng)85％左右的份額,，他們來(lái)自日本、德國(guó)和美國(guó),。國(guó)外品牌的主要劣勢(shì)在售前,、售后服務(wù),，昂貴的服務(wù)和維修成本和維修周期讓國(guó)內(nèi)用戶難以接受。
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. t+ y4 G2 k! x+ v四,、發(fā)展我國(guó)伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)的建議+ Q- a1 b n! B- {) [9 j0 j
作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件,，伺服驅(qū)動(dòng)和伺服電機(jī)是影響數(shù)控系統(tǒng)性能的重要功能部件。伺服驅(qū)動(dòng)和伺服電機(jī)的成本占到數(shù)控系統(tǒng)的總成本的1/2～3/4,，因此,，是否掌握自主的伺服驅(qū)動(dòng)和伺服電機(jī)技術(shù)，是決定一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)廠的市場(chǎng)綜合競(jìng)爭(zhēng)力的決定性因素,。希望國(guó)家加大對(duì)全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的支持力度,，瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平，突破關(guān)鍵技術(shù),，提高國(guó)產(chǎn)伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率,。具體建議如下：
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（一）大力加強(qiáng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置的生產(chǎn)工藝技術(shù)的研究" b& z/ m+ x( a7 M5 b! X
在國(guó)家863計(jì)劃、科技部中小型企業(yè)創(chuàng)新基金和國(guó)家十五攻關(guān)成果基礎(chǔ)上,，我國(guó)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置的控制平臺(tái)技術(shù)已經(jīng)基本成熟,。下一步產(chǎn)品化攻關(guān)重點(diǎn)是：可靠性設(shè)計(jì)和可靠性保證措施、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和系列化設(shè)計(jì),、大批量生產(chǎn)工藝研究,，使產(chǎn)品能滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足市場(chǎng)急劇增長(zhǎng)的需求,，擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)伺服驅(qū)動(dòng)裝置的市場(chǎng)占有率,。
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" `$ w3 [3 d* s+ p4 X（二）開(kāi)展高性能伺服驅(qū)動(dòng)裝置的性能測(cè)評(píng)和改進(jìn)技術(shù)研究" d5 g' e0 Z; {4 n1 U7 i
加大對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)裝置測(cè)試手段的投入，開(kāi)展伺服驅(qū)動(dòng)的性能測(cè)評(píng),，以獨(dú)立,、客觀、科學(xué),、實(shí)用的技術(shù)測(cè)試為依據(jù),，為我國(guó)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展提供清晰的技術(shù)趨勢(shì)，把握真實(shí)的產(chǎn)品資料及合理的采購(gòu)建議,。( i6 y& h, z: o
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在此基礎(chǔ)上,，支持國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)展高性能伺服驅(qū)動(dòng)裝置的開(kāi)發(fā)�,？s小與國(guó)外高性能伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品在高精度,、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、高剛性,、高過(guò)載能力,、高可靠性、高電磁兼容性、高電網(wǎng)適應(yīng)能力,、高性價(jià)等方面的技術(shù)差距,，提高我國(guó)產(chǎn)品的可靠性。
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, z( _+ M; C$ l. V! W; _' O（三）制訂伺服驅(qū)動(dòng)和數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字化接口的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)/ b8 U' v5 B" O4 w3 ^
以數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化接口規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)這一共性技術(shù)為紐帶,，形成國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的合作和聯(lián)盟,，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，縮短開(kāi)發(fā)周期,、降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用,、形成相互配套，形成合力與國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)廠商競(jìng)爭(zhēng),，增強(qiáng)我國(guó)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力,。掌握了數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化接口協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)的話語(yǔ)權(quán)，才能提高我國(guó)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的地位,，起到規(guī)范國(guó)內(nèi)數(shù)控市場(chǎng),，影響國(guó)際數(shù)控公司，建立保護(hù)我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)壁壘,�,？梢钥s小我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)與國(guó)外的技術(shù)差距，改變目前國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)廠商之間的低價(jià)格,、低水平競(jìng)爭(zhēng)的狀況,。5 U8 ^( \' \9 B
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（四）加大投入，開(kāi)發(fā)大推力直線伺服驅(qū)動(dòng)裝置,、大轉(zhuǎn)矩力矩伺服驅(qū)動(dòng)裝置和高速主軸驅(qū)動(dòng)裝置* @. ?$ t4 Y( v/ A" s- _5 {% G$ D
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直接伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)是未來(lái)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的方向,。數(shù)控機(jī)床采用直接伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，雖然省去中間變換環(huán)節(jié),，實(shí)現(xiàn)所謂零傳動(dòng),，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有更加的合理性，但是作為一種新的應(yīng)用技術(shù)還面臨許多現(xiàn)實(shí)的技術(shù)難題,。諸如控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)攝動(dòng),、負(fù)載擾動(dòng)等許多不確定因素的抗干擾問(wèn)題、伺服電動(dòng)機(jī)的強(qiáng)制散熱問(wèn)題,、系統(tǒng)快速吸能制動(dòng)問(wèn)題及嚴(yán)格防塵隔磁措施等,，所有這些實(shí)際問(wèn)題有待于進(jìn)一步解決和技術(shù)的進(jìn)一步完善。 |
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發(fā)表于 2010-6-3 12:29:47
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問(wèn)題專業(yè)，描述清楚
伸手黨/灌水/看不懂
發(fā)表于 2010-6-4 22:38:48
