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深入讨论我国伺服驱动器行业的发展

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-08-28 1:10:55 * 浏览: 104
lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp作为数控机床的重要功能组件,伺服驱动器的特性一直是影响数控机床加工性能的重要指标。着眼于改善伺服驱动器的动态和静态特性,近年来,国内外已经开发了多种伺服驱动器技术。可以预见,随着诸如高速切削,超精密加工和网络制造等先进技术的发展,全数字AC伺服驱动系统,线性伺服系统和具有网络接口的高速电主轴已成为当今世界上最先进的技术。专注于机床行业,并成为伺服驱动器。系统的发展方向。 lt,BRgt,nbsp 1.交流永磁同步伺服驱动装置lt,BRgt伺服驱动技术经历了直流伺服装置,直流无刷伺服装置和交流永磁同步伺服驱动装置三个阶段。随着现代制造业的大规模生产,对加工设备提出了对高速,高精度和高效率的要求。交流永磁同步伺服驱动装置具有响应速度快,免维护(无碳刷,换向器等易损件),可靠性高等特点。它采用微处理技术,大功率高性能半导体功率器件技术,电动机永磁材料制造技术,具有良好的性价比,成为工业领域自动化的基本技术之一。 lt,BRgt,nbsp从2005年德国汉诺威工业博览会上,您可以看到伺服驱动设备的两个发展趋势:lt,BRgt,nbsp1。全数字化lt,BRgt,nbsp全数字化是伺服驱动技术未来发展的必然趋势。全数字化不仅包括伺服驱动器内部控制的数字化和伺服驱动器与CNC系统之间接口的数字化,还包括测量单元的数字化。因此,伺服驱动器单元中的三个回路,现场总线连接接口以及从编码器到伺服驱动器的数字连接接口的完整数字化是完整数字化的重要标志。 lt,BRgt,nbsp随着微电子制造工艺的日趋完善,新型高速微处理器(尤其是数字信号处理器DSP技术)的使用使计算速度呈几何级数增长。伺服驱动器内部三环控制(位置环/速度环/电流环)的数字化是确保伺服驱动器高响应,高性能和高可靠性的重要前提。伺服驱动器的所有控制操作都可以通过其内部DSP完成,从而满足了伺服环路的高速实时控制的要求。有些产品还将电机控制的外围电路与DSP内核集成在一起,并且实现了一些新的控制算法,包括速度前馈,加速度前馈,低通滤波,下垂滤波等。 lt,BRgt,nbsp传统的伺服驱动器模拟控制接口容易受到外部信号的干扰,传输距离短。目前在我国的伺服驱动装置上大量使用的脉冲控制接口也不是真正的数字接口。该接口受脉冲频率的限制,无法满足高速,高精度控制的要求。使用现场总线的数字控制接口是伺服驱动器实现高速,高精度控制的必要条件。因此,近年来,外国公司已经发布了自己的数字接口协议和标准。例如,FANUC发布了串行伺服总线(FSSB),西门子发布了Profibus-DP总线,三菱发布了CC-link总线,德国施乐公司发布了SERCOS总线。 lt,BRgt,nbspFull数字化已扩展到测量单位接口的数字化。德国海德汉公司将各种类型的编码器(例如增量编码器和sin-cos编码器的细分功能)统一到EnDae2.2编码器连接协议中。细分过程在编码器内部完成,然后通过数字接口连接到伺服驱动器,即可靠的全数字化。 lt,BRgt,nbsp 2.高性能lt,BRgt,nbsp性能是高精度,高动态响应,高刚性,高过载能力,高可靠性,高电磁兼容性,高电网适应性,高性价比。 lt,BRgt,nbsp在2005年汉诺威工业博览会上,FANUC推出了HRV4伺服控制技术。 lt,BRgt,nbspServo HRV4继承并进一步开发了HRV3的优点。具有以下特点:随时采用纳米级位置指令,并采用1600万/转αi高分辨率脉冲编码器,可实现纳米级精确伺服控制,HRV4超高速伺服控制处理器,控制的电机速度可以达到60000r / min,HRV4控制算法可以将伺服电机的大控制电流减少50,并减少电机发热17。因此,伺服驱动装置可以获得更高的刚度和过载能力。 lt,BRgt,nbsp公司更加关注伺服的动态特性。例如,海德汉公司在2005年汉诺威展览会上展示了不同分辨率的编码器对转矩脉动的影响,揭示了提高编码器分辨率可以大大降低伺服驱动器的转矩脉动。 lt,BRgt,nbsp电子电源技术的发展已将伺服系统主要电路电源组件的开关频率从2kHz提升至5kHz至10kHz以上,大功率绝缘栅双极晶体管(IGBT)和智能控制电源模块(IPM )采用诸如此类的先进设备可以大大减少伺服驱动器输出回路的功耗,提高系统的响应速度和稳定性,并降低运行噪音。这些不仅为交流伺服的全数字化,高速,高精度奠定了基础,而且使交流伺服系统趋向于小型化。 lt,BRgt,nbsp 2.直接驱动技术(DirectDrive)lt,BRgt,大推力线性伺服驱动装置,大转矩转矩伺服驱动装置与传统的螺杆驱动相比,直接驱动技术的主要特点是省去了电动机至移动/旋转工作台之间的所有机械传动环节将机床进给传动链的长度缩短为零。这种“零传动”方法带来的性能指标是螺杆传动方法无法实现的。例如,加速度可以达到3g以上,是传统驱动设备的10到20倍,进给速度是传统驱动设备的4到5倍。 lt,BRgt,nbspDirect驱动技术是高速和高精度CNC机床的理想驱动模式。它受到机床制造商的重视,技术发展迅速。近年来,数十家国际公司展出了由线性电动机驱动的高速机床。一些制造商已将机床的加速度提高到2至3g,并将快速移动速度提高至150至240 m / min。 MAZAK将启动基于线性伺服系统的超音速加工中心,其切削速度为8马赫,主轴速度为80,000r / min,快速移动速度为500m / min,加速度为6g。这表明以线性伺服为代表的第二代高速机床克服了线性电动机发热,保护和成本高的缺点,逐渐成为现实。 lt,BRgt,nbsp在2005年底,作者参观了日本森精机的工厂,并对此印象深刻:森精机的机床使用了大量的自制高扭矩伺服驱动器。与传统的蜗轮蜗杆传动相比,大扭矩扭矩伺服驱动装置大大简化了机床旋转轴的结构,大大提高了转盘的转速,并大大提高了动态响应。 lt,BRgt,nbsp三,高速电主轴lt,BRgt,nbsp电主轴是电机和主轴一体化的产物。它将主轴电机的定子和转子直接安装到主轴组件中。电动机的转子是主轴的旋转部分。由于取消了变速箱的传动装置和电机之间的连接,因此实现了主轴系统和“零传动装置”的集成。 。因此,它具有结构紧凑的优点。具有重量轻,惯性低,动态特性好等优点,并且可以改善机床的动平衡,避免振动和噪音,并已广泛用于超高速机床。电主轴的驱动一般采用矢量控制的变频技术。 lt,BRgt,nbsp国外高速加工主轴转速一般为12000〜25000r / min,最高为70,000〜80,000r / min。第四,中国伺服驱动系统的现状1980年代初,通过引进,消化和吸收国外先进技术,中国进入了“第七个五年”。第八个五年,“十五”期间,开展了伺服驱动技术重大科技攻关,取得了一定成果。 lt,BRgt,nbsp在1980年代,我国花费巨资引进了西门子伺服驱动技术。但是,由于引进的技术是一种落后的技术,因而被淘汰,独立消化吸收方面没有突破,导致工业化失败。惨痛的历史教训使每个人都理解了一个硬道理:对于伺服驱动器之类的战略性高科技,不可能通过花钱引进,盲目模仿国外来引进它,它只会落伍,被别人打败,被别人控制,出路是进行自主创新。路。 lt,BRgt,nbspHuazhong科技大学是我国伺服驱动技术自主创新的发祥地之一。在“八五”期间,华中科技大学自动化系和电力系分别开始了伺服驱动器的研究与开发。 1996年,自动化控制部与华中数控合作,在单片机的基础上,共同开发了模数混合(电流环为模拟量)交流伺服驱动器和主轴驱动器(HSV-9系列)。后来,开发了基于DSP的全数字AC伺服。驱动装置(HSV-16 / 18/20)开始量产。迄今为止,它已累计生产和销售了3万多台,并被评为国家重大研究成果和国家重点新产品。华中科技大学电力系,广州数控与上海开放数控合作,开发的伺服驱动技术也已产业化。 lt,BRgt,nbsp北京航天数控公司生产的DSCU系列全数字伺服控制单元和DSSU系列全数字主轴控制单元,北京凯奇生产的全数字伺服控制单元,全数字主轴控制单元和电动机数控设备有限公司也已被广泛使用。进给伺服功率范围为20W〜7.5kW,主轴伺服功率范围为3.5kW〜22kW,可以满足企业的实际需求。 lt,BRgt,nbsp由北京世光科技有限公司自主开发的“全数字交流伺服控制技术”,采用基于32位微处理器的系统级芯片和智能功率器件,成功实现了三相交流异步电动机(鼠笼电动机)高精度伺服控制。基于此技术开发和生产的IMS系列伺服控制器可以通过编程灵活,准确地实现对电动机位置,速度,加速度和输出转矩的高精度控制。其产品可广泛用于机床,电梯和包装机械。 ,印刷机械,塑料机械,装卸机械,电动汽车和自动化生产线等领域,得到了用户的良好反馈。从2003年开始,我国经济的数控系统就配备了步进驱动器,并开始大规模转向伺服驱动器。中国伺服驱动技术的自主创新为我国数控系统产业的升级做出了巨大贡献,伺服驱动产业也取得了长足的进步。 lt,BRgt,nbsp目前,在产品性能和产品可靠性方面,我国的伺服驱动系统与国外产品之间还存在一定差距。特别是在全数字高性能伺服驱动技术方面,仍然存在很大的挑战。与外国公司的并购已成为制约我国高端数控系统产业发展的“瓶颈”问题。












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率先在中国成功开发基于微处理器的HSV-9交流伺服驱动器单元,并实现批量生产和销售。后来,他承担了国家“第十个五年计划”项目“全数字交流伺服驱动系统和交流主轴伺服控制系统的研究,开发和应用”,国家“第十个五年计划” 863项目“ EQ6110HEV混合城市”。客车电机及其控制国家技术创新项目“全数字智能通信馈电驱动单元”和中小企业创新基金项目“高性能伺服驱动系统工程研究”共7个项目的研发任务。 lt,BRgt,nbspHuazhong近年来,CNC开发了一系列具有自主知识产权的交流伺服驱动器和交流伺服电机。 lt,BRgt,nbspHSV-16系列全数字交流伺服驱动单元lt,BRgt,nbsp作为新型产品,它进一步改善和完善了产品性能。 lt,BRgt,nbsp驱动器的硬件环境为:高性能电机控制专用数字信号处理器(DSP)+大规模现场可编程逻辑阵列(FPGA)+智能电源模块(IPM),操作简单,可靠性高,并且体积小,易于安装。它具有自检和自诊断功能,并具有完善的软件和硬件保护功能,可应对各种故障,例如短路,过电流,过电压,欠电压,泵送和过热。 lt,BRgt,nbspHSV-18D系列全数字交流伺服进给驱动单元和主轴单元lt,BRgt,nbsp采用当今的新技术设计,交流380V直接供电,可以实现各种交流电机,包括交流永磁同步电机,否有刷直流电动机,交流感应电动机(交流异步电动机)的转矩,速度,位置闭环或全闭环控制。 lt,BRgt,nbsp为了提高产品的可靠性面对国内用户的恶劣环境,华中数控伺服驱动器的企业标准是根据欧洲四级电磁兼容性指标制定的,高于国家标准技术指标(欧洲三级电磁兼容性)翻倍。华中数控产品的适用电压范围达到±20,而国家标准要求的产品电压范围为+ 10〜-15。 lt,BRgt,nbspAC伺服电机是CNC系统的关键组件之一。过去,它主要依靠进口,不仅价格昂贵,而且品种不完整,供应周期长。核心技术掌握在外国公司手中,系统技术改造也非常困难。电机的成本,类型和交货期严重限制了数控系统行业的发展。为此,华中数控从2000年开始为自主研发交流伺服电机系列做准备,并投资成立了上海登奇机电技术有限公司,以开发全系列的GK6,GK7永磁同步交流电具有自主知识产权的伺服电机和GM7系列交流伺服主轴。在lt,BRgt,nbsp的最初开发中,参考了国内外许多先进技术,包括西门子,日本安川,三洋,松下等的先进技术,并结合了国内用户需求和市场需求,以及在2001年成功开发了GK6系列。永磁同步伺服电动机。该系列电动机采用定子冲孔和裸露结构,无间隙地直接散热,采用超高本征矫顽力稀土永磁材料形成气隙磁场,并自主研发了国内生产工艺设备,用于整体磁化。电机转子斜磁铁,确保所生产的伺服电机没有磁性键合,减少损耗,减少磁场振动和噪声,并具有更高的性能。使用整体加工技术上,电动机振动小,旋转稳定。目前产品的额定扭矩为0.6-1000Nm,额定速度为1000、1200、1500、2000、3000、6000r / min。该系列电机的成功推出为华中数控和其他国内CNC公司提供了经济高效,及时且能满足个人需求的伺服电机。 lt,BRgt,nbsp在交流伺服电机成功开发和市场化的基础上,为了更全面地与CNC机床匹配,他们于2004年开发了GM7系列交流变频主轴电机。目前,该产品的额定功率是2.2kW〜100kW。采用F级特殊绝缘结构,可抵抗浪涌电流和电晕现象,使用寿命长,可靠性高。采用内置风道,定子冲孔盘和一体式结构,散热效率高。体积小巧紧凑,采用整体加工技术和高精度动平衡技术,大大提高了高速,高精度和可靠的运行能力。 lt,BRgt,nbsp华中数控开发的交流伺服电机和交流变频主轴电机在中国品种齐全。就产量而言,它每年翻一番,每年可生产20,000件。 2006年,国家发展改革委华中数控宣布的“设备国产化”专项:全数字伺服驱动器和电机的产业化已通过专家评审。公司计划投资7000万元,建设一个占地10000平方米的伺服驱动器和电机生产厂。项目建成后,计划年产100,000套伺服驱动器和电机。 lt,BRgt,nbspHuazhong CNC还根据市场需求开发了各种专用伺服产品。所开发的大功率伺服驱动器已用于重庆某工厂的摆式火车车厢平衡系统中。由lt,BRgt,nbsp开发的开关磁阻电机控制器用于武汉城市混合动力客车,与德国公司合作生产的工业缝纫机驱动系统已批量销售。 GK6和GM7伺服主轴电机已与我国某注塑机制造商的全电动注塑机配套使用。我国鄂州机床厂开发的电动螺杆压力机已采用输出扭矩为1000Nm的伺服驱动器。 lt,BRgt,nbsp六,我国伺服行业驱动系统的发展行业建议lt,BRgt,nbsp作为数控机床的重要功能组件,伺服驱动器和伺服电机是影响CNC性能的重要功能组件系统。伺服驱动器和伺服电机的成本占CNC系统总成本的1/2至3/4。因此,是否掌握独立的伺服驱动和伺服电机技术是决定CNC系统工厂综合竞争力的决定性因素。 。伺服驱动器涉及大功率强电流控制,这是薄弱环节和可靠性瓶颈。在成功的国外CNC系统公司中,它们都具有独立的伺服驱动技术自支持能力。发展我国独立的伺服驱动技术和产业势在必行。建议如下:lt,BRgt,nbsp1。大力加强对伺服驱动装置lt,BRgt,nbsp的生产技术的研究。根据国家863计划,科技部中小企业创新基金和国家“第十个五年计划”研究成果,我国伺服驱动装置的控制平台技术已基本成熟。产品化的重点是可靠性设计和可靠性保证措施,产品结构和序列化设计,批量生产过程研究,以使产品能够满足相关国家标准的要求,满足快速增长的市场需求,并扩大家用伺服驱动器的市场分享。 lt,BRgt,nbsp2。进行高性能伺服驱动器lt,BRgt,nbsp的性能评估和改进技术研究增加对伺服驱动器测试方法的投资,进行伺服驱动器的性能评估,从而独立,客观,科学,实用。在技术试验的基础上,为我国伺服驱动技术的发展提供了明确的技术趋势,掌握了真实的产品信息和合理的采购建议。 lt,BRgt,nbsp在此基础上,支持国内企业开发高性能的伺服驱动设备。在高精度,高动态响应,高刚性,高过载能力,高可靠性,高电磁兼容性,高电网适应性和高性价比方面,缩小了与国外高性能伺服驱动器产品的技术差距。可靠性。 lt,BRgt,nbsp3。为伺服驱动器和数控系统的数字接口制定中文标准lt,BRgt,并以数控系统和伺服驱动器的数字接口规格和标准的通用技术为链接,形成了驱动器和数控系统的合作与联盟。充分发挥国内数控系统行业的优势,缩短开发周期,降低开发成本,形成相互支持,形成与国外数控系统制造商竞争的联合力量,增强我国数控机床的竞争力工具和CNC系统在国际市场上。同时,掌握数控系统和伺服驱动器的数字接口协议和标准中的发言权可以提高我国在国际标准化组织中的地位,规范国内数控市场,影响国际数控公司,并建立技术保护了我国数控系统产业的发展。屏障。它可以缩小我国CNC系统行业与国外之间的技术差距,并改变当前国内CNC系统制造商之间的低价和低水平竞争。 lt,BRgt,nbsp增加对大型推力线性伺服驱动器,大扭矩伺服驱动器和高速主轴驱动器的开发投资。 lt,BRgt,nbspDirect伺服驱动技术是未来伺服驱动技术发展的方向。数控机床采用直接伺服驱动技术。虽然省略了中间转换环节,实现了所谓的“零传输”,但系统结构较为合理,但作为一种新的应用技术,仍然面临许多实际的技术问题。控制系统的抗干扰问题包括许多不确定因素,例如参数扰动和负载扰动,伺服电机的强制散热问题,系统的快速吸能制动问题以及严格的防尘和防尘措施。磁隔离措施。所有这些实际问题都需要进一步解决和技术的进一步改进。 lt / FONTgt