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    腳踏實地,探索突破伺服、運動控制核心技術

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    腳踏實地,探索突破伺服、運動控制核心技術

    發布日期:2022-01-15 作者:鑫臺名 點擊:31075

    腳踏實地,探索突破伺服、運動控制核心技術

        隨著近年國內工業自動化市場的迅猛發展,市場需求變化帶來的壓力促使伺服、運動控制廠商亟需提升技術研發能力,以適應中國智能制造的發展要求。本刊特別整理出深圳市匯川技術股份有限公司先進制造行業群總工張志軍在“2017智能制造&中國運動控制行業發展高峰論壇”的現場發言,分享他對于現階段中國運動控制行業技術發展狀況的看法,以及如何提升伺服系統的關鍵性能指標。

        運動控制領域的范疇很廣,它不僅僅只是一個伺服系統,也不僅僅只包含一個PLC控制系統。運動控制是一個有機的整體系統,它包括作為執行機構的伺服系統、上位機、控制器、減速機等等部件,形成了一個完整的產業鏈。


    認真專研核心技術是關鍵

        過去,在運動控制領域,中國企業大多缺乏核心技術,各家廠商都在致力于解決工業制造中所遇到的各種難題,這是中國制造企業之“殤”,也是大家共同努力追求的目標。只有真正擁有自己的核心競爭力,才能讓企業立于不敗之地,為“中國制造2025”發展規劃做貢獻,同時也能提升整體產業價值。

        以匯川的發展歷程為例,早期匯川是以變頻技術為核心,從2007、2008年起,公司開始研發伺服系統,直到2011年才取得了一系列的技術突破,其中,這些技術涉及多個方面,如電子技術、驅動技術、伺服控制技術和編碼器細分技術等等,可以說,這是一條非常艱辛的道路。2010年開始匯川進入總線技術的研發,2012年匯川開始研究機器人系統。因此,從技術發展上說,匯川的整個技術路線是構建在電力電子技術基礎之上,充分利用伺服控制技術、總線控制技術,結合未來的機器人結構運動控制技術,從而形成了企業自身較為完整的運動控制產品線。

        而從整體系統的角度來看,在國內眾多廠商(控制層、伺服層、信息層等)的共同努力下,目前國內運動控制產業也已基本形成了相對較完整的拓撲結構,產業發展取得了長足的進步,邁出了堅實的一步。

    在核心技術方面,中國企業應更多地關注新型器件和新技術的發展動向,逐步接近國際領先水平,甚至可以在某些局部環節上實現突破。例如:控制系統的發展主要是構建以EtherCAT控制系統為核心的網絡控制器,以適應未來網絡化工業生產模式;還有針對直線電機、DD馬達的開發,這些技術屬于精密工業的核心部件之一,目前階段基本被歐美、日本的部分公司所壟斷,需要中國廠商好好學習,認真專研,逐步拉近與國外企業的技術差距。

        目前匯川的研發中心有三個:深圳、蘇州、意大利米蘭,每年企業都把10%的銷售額投入到研發中去,到2016年企業的研發投入已超過4個億。匯川在工業自動化領域主要涉及伺服系統、變頻器、大傳動、PLC、編碼器、工業視覺、工業機器人等產品,服務于工業自動化、新能源汽車、工業互聯網、軌道交通、工業機器人等多個產業領域。匯川伺服驅動系統平臺現已掌握伺服的性能算法、EtherCAT總線、CANoepn總線、電機電磁設計及工藝設計能力,以及編碼器設計制造能力等核心技術,且具備完全的自主知識產權,產品已開始進入第三代的研發之中。


    伺服系統核心技術指標

    伺服系統核心技術指標分析

        從控制和執行機構的角度來看,易用性、安全性、響應性、實時總線、編碼器精度/分辨率、轉矩波動是伺服系統的核心技術指標,也是現階段產業發展的新要求。響應性涉及的核心技術有:三環算法、硬件實現方案,匯川開發的伺服系統應用于LED固晶機可實現1小時往復40000次,定位時間5ms;SV820產品電流環刷新周期625K,超越日系伺服。編碼器分辨率/精度涉及的核心技術有:編碼器細分技術,例如車銑復合機床主軸定位精度要求小于40角秒,以滿足零件加工位置誤差的要求;國內實現編碼器分辨率23bit的同時,精度達到20角秒以內。低轉矩波動涉及的核心技術有:伺服電機電磁設計技術,如雕銑、雕刻、車銑復合對工件表面刀紋要求很高,對伺服的速度波動提出了嚴格要求,匯川伺服電機目前轉矩波動可小于0.5%。

        高速實時總線涉及的核心技術有:總線同步技術。在印刷、鋰電、LED、高端的電子設備、機床這種多軸、多軸插補、對生產的速率或者精度要求很高的現場,一般速度與實時性不夠好的總線是無法滿足需求的。匯川伺服目前支持100M高速實時EtherCAT總線,深度融合搭配倍福、歐姆龍控制器,目前年從站節點增長30000個。易用性核心技術包括在對機電系統了解基礎上的功能算法,如自整定、在線慣量辨識、在線共振點辨識、低頻震動抑制等功能,可大幅降低調試工作量,提高伺服的適應性與易用性。匯川伺服目前可以實現在線慣量辨識、在線共振點辨識、低頻震動抑制、模型跟蹤、轉矩觀測及一鍵式剛性調整。

        安全性核心技術點有:STO功能軟硬件實現能力,STO(safetorqueoff)功能以及其他飛車、短路、過壓等保護功能對伺服安全使用至關重要,尤其在當前人機協作日益增多的情況下,STO功能變得必不可少。匯川伺服SV820系列可滿足STOSIL3等級。

    在對伺服系統核心技術的開發中,有一些國際先進品牌的技術值得國內企業借鑒學習,但不能只是簡單地拆開來“抄一抄”別人的設計,而是需要大家靜下心來研究一下為什么這些公司要這樣設計?例如,目前國內電機設計是瓶頸之一,如何提升電機產品的設計水平是關鍵。另外,在實時總線系統的開發上,必須建立在對操作系統的理解基礎之上,需要認真研究Windows、Linux等操作系統??傊?,冰凍三尺非一日之寒,任何技術創新都是企業長期積累的成果,需要更多產業人士腳踏實地,積極探索突破伺服、運動控制核心技術。



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