|
|
本帖最后由 藍(lán)色童話 于 2010-6-3 12:31 編輯 ; r' h) c2 H$ P4 _3 s- j M2 D
/ f- M7 m8 v2 }& i6 a
一,、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展概況, ^4 C, c- K8 Q/ J! `- a
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,。
$ b1 l+ ]4 V7 c4 `$ b7 L( F
- c9 I& W+ H0 g m: e" @( O伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從液壓,、氣動(dòng)到電氣的過程。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),、直流無刷伺服驅(qū)動(dòng)到永磁同步交流無刷伺服驅(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)比也越來越高，已經(jīng)逐漸成為主流,，特別是隨著我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型,，升級，對加工設(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份額,，導(dǎo)致直流伺服在整個(gè)伺服市場的占有率從目前的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。: _% D2 f0 e/ c# E
% F/ C3 p# w3 N9 ]$ Y) D
二,、現(xiàn)代伺服驅(qū)動(dòng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域
2 p$ J; R8 p2 L# R% V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)對伺服驅(qū)動(dòng)器的需求旺盛,。
0 l$ [! d8 `) ~9 k+ v4 x, G: y8 L! ?& L V% b
2006年伺服系統(tǒng)在中國市場收入約36160萬美元，增長26.8%,，預(yù)計(jì)在2011年將達(dá)到95380萬美元,，年增長率及預(yù)計(jì)增長率都超過20%。
, H( J6 Y: ]4 ~& A* E8 |
) S+ }" u {6 y% v. g! [目前,，我國已成為世界第一機(jī)床消費(fèi)大國和生產(chǎn)大國,，就國內(nèi)外的市場現(xiàn)狀看，普及型和高檔數(shù)控機(jī)床使用交流永磁無刷伺服系統(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20萬套以上,，部分高檔數(shù)控機(jī)床開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,。
1 `7 ]% l3 w: w+ @9 c) Z) g: @' q- e1 @) x" x
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150萬臺，機(jī)器人的需求量年增長在30％以上,。國際上工業(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，對可靠性要求極高,。
* m/ b" v! f& D2 ^( q: q/ F; [% [$ H* b4 w5 N; m8 |
在注塑機(jī)領(lǐng)域,，我國的注塑機(jī)年產(chǎn)量已達(dá)10萬臺，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)24萬臺,。; o! e! N e6 Q0 p( X
) w( [ j4 M( B0 i9 S' p
我國包裝機(jī)械已成為機(jī)械工業(yè)中的十大行業(yè)之一,。2005年我國包裝機(jī)械產(chǎn)量已達(dá)到67萬臺(套)，到2010年將增至93萬臺(套)，包裝機(jī)械中的大部分使用的普通或小型電機(jī),，對大容量伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的年需求估計(jì)在4萬套以上,。
8 j+ |" V" M' [" T, J1 l* o1 k* |8 a) v3 @6 d; m3 I
我國是一個(gè)紡織機(jī)械生產(chǎn)大國，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5萬套左右,，且?guī)缀跞渴沁M(jìn)口產(chǎn)品。
4 W3 c4 [, N; J* l
' @/ n0 K1 _7 M1 P' V2 d5 x我國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,，2005年,，國內(nèi)工業(yè)縫紉機(jī)產(chǎn)值達(dá)到200多億元，年產(chǎn)量700萬臺,，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)。3 i1 E) r5 Y- {/ `( B$ u
! G% \/ Q4 S. }- F8 i
我國是風(fēng)力資源大國,，風(fēng)力發(fā)電是國內(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5萬套/年左右,，并且以中,、大功率為主，銷售額超過50億人民幣,，由于性能指標(biāo)要求較高,，現(xiàn)階段大量采用國外產(chǎn)品，需求量增長很快,。
6 J3 u. J, P% B/ L: d" T! E4 D7 }: j: @& c9 K. W4 H% e
三,、中國伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
4 h$ e @* c3 P我國在20世紀(jì)80年代初期通過引進(jìn)、消化,、吸收國外先進(jìn)技術(shù),，又在國家“七五”,、“八五”、“九五”期間對伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行重大科技攻關(guān),，取得了一定成果,。
% h4 f' ^' I, I% ]
; @ W+ O2 u2 B7 n80年代,，我國曾花巨資引進(jìn)國外的伺服驅(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)，自主消化吸收沒有突破,，導(dǎo)致沒有實(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：對于伺服驅(qū)動(dòng)這樣的戰(zhàn)略高技術(shù)，靠花錢引進(jìn)根本辦不到,，盲目效仿國外,，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。
1 j- M7 Y/ n( }; K/ [& y( {
8 M3 x2 I3 w p華中科技大學(xué)是我國自主創(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）,，后來又開發(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),，被評為國家攻關(guān)重大成果和國家重點(diǎn)新產(chǎn)品，到目前為止已累計(jì)生產(chǎn)銷售五萬多臺,。華中科技大學(xué)電力系與廣州數(shù)控,、上海開通數(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,。
1 j9 X( J; n1 J/ {# l- Q; F& M3 b$ R7 g# A2 b
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。( r R) l$ [( t& n! {6 F# }
% m" I# y9 A: F: L/ I" ?2 @
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)級芯片和智能化功率器件,，成功實(shí)現(xiàn)了對三相交流異步電機(jī)（鼠籠式電動(dòng)機(jī)）的高精度伺服控制�,；诖隧�(xiàng)技術(shù)研制生產(chǎn)的IMS系列伺服控制器可通過編程方式,，靈活,、準(zhǔn)確地對電機(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),。7 c/ x7 W6 j: |" i
: f) @- @, a- K& u. ?/ x0 [, w( H7 I
應(yīng)該說，目前,，我國已部分掌握伺服驅(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,，與國外名牌企業(yè)仍存在較大差距,，已成為制約我國發(fā)展中高檔數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的“瓶頸”。國外品牌占據(jù)了中國交流伺服市場85％左右的份額,，他們來自日本,、德國和美國。國外品牌的主要劣勢在售前,、售后服務(wù),，昂貴的服務(wù)和維修成本和維修周期讓國內(nèi)用戶難以接受。* @: V+ K6 C; Q) @' D; O4 a
! U. I- a5 b8 S四,、發(fā)展我國伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)的建議
" v! P: M9 N7 G p) c! m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)廠的市場綜合競爭力的決定性因素,。希望國家加大對全數(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)國際先進(jìn)水平，突破關(guān)鍵技術(shù),，提高國產(chǎn)伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的市場占有率,。具體建議如下：) K: V! T0 x8 ~" r
. h# o O$ |! K# [! I/ Q
（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# S: M3 T: Y" l
在國家863計(jì)劃,、科技部中小型企業(yè)創(chuàng)新基金和國家十五攻關(guān)成果基礎(chǔ)上，我國的伺服驅(qū)動(dòng)裝置的控制平臺技術(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)品能滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,，滿足市場急劇增長的需求，擴(kuò)大國產(chǎn)伺服驅(qū)動(dòng)裝置的市場占有率,。+ |1 g: ^) Z+ d- _- {7 }
! ^9 w; N0 O5 s4 ^8 {# j. I（二）開展高性能伺服驅(qū)動(dòng)裝置的性能測評和改進(jìn)技術(shù)研究
8 x/ p, R, A. H A0 E. ]$ }加大對伺服驅(qū)動(dòng)裝置測試手段的投入,，開展伺服驅(qū)動(dòng)的性能測評，以獨(dú)立,、客觀、科學(xué),、實(shí)用的技術(shù)測試為依據(jù),，為我國伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展提供清晰的技術(shù)趨勢，把握真實(shí)的產(chǎn)品資料及合理的采購建議,。
% [' f5 j5 @5 @! h) [5 @; @/ u9 `2 c& P8 Y) Z7 I- G- I: M
在此基礎(chǔ)上,，支持國內(nèi)企業(yè)開展高性能伺服驅(qū)動(dòng)裝置的開發(fā)�,？s小與國外高性能伺服驅(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，提高我國產(chǎn)品的可靠性,。- k1 u, ^( w! ]: X9 j& g/ ]
1 L4 P: m! q* ^2 K（三）制訂伺服驅(qū)動(dòng)和數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字化接口的中國標(biāo)準(zhǔn)
+ O/ v1 u. Z$ x0 Q% a2 V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,，縮短開發(fā)周期,、降低開發(fā)費(fèi)用、形成相互配套,，形成合力與國外數(shù)控系統(tǒng)廠商競爭,，增強(qiáng)我國數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)在國際市場上的競爭力。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)的話語權(quán),，才能提高我國在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的地位,，起到規(guī)范國內(nèi)數(shù)控市場,，影響國際數(shù)控公司，建立保護(hù)我國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)壁壘,�,？梢钥s小我國數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)與國外的技術(shù)差距，改變目前國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)廠商之間的低價(jià)格,、低水平競爭的狀況,。9 R' d1 {! `3 D- l2 x" P# ^2 I
# ?/ z( b! N9 v/ x5 E1 }4 d（四）加大投入，開發(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
- h( @4 j7 ^ s3 K+ g( Z9 ^1 k
* y, h) v C1 l7 x+ E3 D! `1 Y2 C直接伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)是未來伺服驅(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題、伺服電動(dòng)機(jī)的強(qiáng)制散熱問題,、系統(tǒng)快速吸能制動(dòng)問題及嚴(yán)格防塵隔磁措施等,，所有這些實(shí)際問題有待于進(jìn)一步解決和技術(shù)的進(jìn)一步完善。 |
|
發(fā)表于 2010-6-3 12:29:47
QQ好友和群
收藏
淘帖
問題專業(yè)，描述清楚
伸手黨/灌水/看不懂
發(fā)表于 2010-6-4 22:38:48
