現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng),經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字化的轉(zhuǎn)變,數(shù)字控制環(huán)已經(jīng)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(dǎo)體器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服專用模塊也不足為奇。國際廠商伺服產(chǎn)品每5年就會換代,新的功率器件或模塊每2～2.5年就會更新一次,新的軟件算法則日新月異,總之產(chǎn)品生命周期越來越短。總結(jié)國內(nèi)外伺服廠家的技術(shù)路線和產(chǎn)品路線,結(jié)合市場需求的變化,可以看到以下一些最新發(fā)展趨勢: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(xù)加強(qiáng)。主要包括電機(jī)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(jié)構(gòu)設(shè)計,也包括驅(qū)動系統(tǒng)的高效率化,包括逆變器驅(qū)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。
直接驅(qū)動:直接驅(qū)動包括采用盤式電機(jī)的轉(zhuǎn)臺伺服驅(qū)動和采用直線電機(jī)的線性伺服驅(qū)動,由于消除了中間傳遞誤差,從而實現(xiàn)了高速化和高定位精度。直線電機(jī)容易改變形狀的特點可以使采用線性直線機(jī)構(gòu)的各種裝置實現(xiàn)小型化和輕量化。
高速、高精、高性能化:采用更高精度的編碼器（每轉(zhuǎn)百萬脈沖級）,更高采樣精度和數(shù)據(jù)位數(shù)、速度更快的DSP,無齒槽效應(yīng)的高性能旋轉(zhuǎn)電機(jī)、直線電機(jī),以及應(yīng)用自適應(yīng)、人工智能等各種現(xiàn)代控制策略,不斷將伺服系統(tǒng)的指標(biāo)提高。
一體化和集成化:電動機(jī)、反饋、控制、驅(qū)動、通訊的縱向一體化成為當(dāng)前小功率伺服系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。有時我們稱這種集成了驅(qū)動和通訊的電機(jī)叫智能化電機(jī)（SmartMotor）,有時我們把集成了運動控制和通訊的驅(qū)動器叫智能化伺服驅(qū)動器。電機(jī)、驅(qū)動和控制的集成使三者從設(shè)計、制造到運行、維護(hù)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(zhàn)（如可靠性）和工程師使用習(xí)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。
通用化:通用型驅(qū)動器配置有大量的參數(shù)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(shè)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(jī)控制及再生單元等五種工作方式,適用于各種場合,可以驅(qū)動不同類型的電機(jī),比如異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、無刷直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī),也可以適應(yīng)不同的傳感器類型甚至無位置傳感器。可以使用電機(jī)本身配置的反饋構(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng),也可以通過接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構(gòu)成高精度全閉環(huán)控制系統(tǒng)。
智能化:現(xiàn)代交流伺服驅(qū)動器都具備參數(shù)記憶、故障自診斷和分析功能,絕大多數(shù)進(jìn)口驅(qū)動器都具備負(fù)載慣量測定和自動增益調(diào)整功能,有的可以自動辨識電機(jī)的參數(shù),自動測定編碼器零位,有些則能自動進(jìn)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(qū)動結(jié)合在一起,對于伺服用戶來說,則提供了更好的體驗。
網(wǎng)絡(luò)化和模塊化:將現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、甚至無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成到伺服驅(qū)動器當(dāng)中,已經(jīng)成為歐洲和美國廠商的常用做法。現(xiàn)代工業(yè)局域網(wǎng)發(fā)展的重要方向和各種總線標(biāo)準(zhǔn)競爭的焦點就是如何適應(yīng)高性能運動控制對數(shù)據(jù)傳輸實時性、可靠性、同步性的要求。隨著國內(nèi)對大規(guī)模分布式控制裝置的需求上升,高檔數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)成功,網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字伺服的開發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。模塊化不僅指伺服驅(qū)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(qū)動器內(nèi)部軟件和硬件的模塊化和可重用。
從故障診斷到預(yù)測性維護(hù):隨著機(jī)器安全標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展,傳統(tǒng)的故障診斷和保護(hù)技術(shù)（問題發(fā)生的時候判斷原因并采取措施避免故障擴(kuò)大化）已經(jīng)落伍,最新的產(chǎn)品嵌入了預(yù)測性維護(hù)技術(shù),使得人們可以通過Internet及時了解重要技術(shù)參數(shù)的動態(tài)趨勢,并采取預(yù)防性措施。比如:關(guān)注電流的升高,負(fù)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。
專用化和多樣化:雖然市場上存在通用化的伺服產(chǎn)品系列,但是為某種特定應(yīng)用場合專門設(shè)計制造的伺服系統(tǒng)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(jié)構(gòu)（SPM）和嵌入式永磁（IPM）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)出現(xiàn),分割式鐵芯結(jié)構(gòu)工藝在日本的使用使永磁無刷伺服電機(jī)的生產(chǎn)實現(xiàn)了高效率、大批量和自動化,并引起國內(nèi)廠家的研究。
小型化和大型化:無論是永磁無刷伺服電機(jī)還是步進(jìn)電機(jī)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(jī)種,已經(jīng)看到500KW永磁伺服電機(jī)的出現(xiàn),體現(xiàn)了向兩極化發(fā)展的傾向。
發(fā)展方向:隨著生產(chǎn)力不斷發(fā)展,要求伺服系統(tǒng)向高精度、高速度、大功率方向發(fā)展。
1、充分利用迅速發(fā)展的電子和計算機(jī)技術(shù),采用數(shù)字式伺服系統(tǒng),利用微機(jī)實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制,增強(qiáng)軟件控制功能,排除模擬電路的非線性誤差和調(diào)整誤差以及溫度漂移等因素的影響,這可大大提高伺服系統(tǒng)的性能,并為實現(xiàn)最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制創(chuàng)造條件;
2、開發(fā)高精度、快速檢測元件;
3、開發(fā)高性能的伺服電機(jī)（執(zhí)行元件）。交流伺服電機(jī)的變速比已達(dá)1∶10000,使用日益增多。無刷電機(jī)因無電刷和換向片零部件,加速性能要比直流伺服電機(jī)高兩倍,維護(hù)也較方便,常用于高速數(shù)控機(jī)床。
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