中国伺服驱动产业发展探讨

FONTnbspface = Verdanagt，nbsp是CNC机床的重要功能部分。伺服驱动装置的特性一直是影响CNC机床加工性能的重要指标。着眼于改善伺服驱动装置的动态和静态特性，近年来，国内外已经开发了各种伺服驱动技术。可以预见，随着高速切割，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热点。机床行业的热点，并成为伺服驱动器。系统的发展方向。 lt，BRgt，nbsp一，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，加工设备需要高速，高精度和高效率的要求。交流永磁同步伺服驱动器响应灵敏且免维护（无碳刷和换向器等磨损组件），可靠性高。它采用微处理技术，大功率高性能半导体功率器件技术，电动机永磁材料的制造工艺，具有较好的性价比，成为工业领域实现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，我们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器发展的必然趋势未来的技术。完全数字化不仅包括伺服驱动器内部控制的数字化，伺服驱动器到CNC系统接口的数字化，还包括测量单元的数字化。因此，伺服驱动器单元中的三个环，现场总线连接接口以及编码器与伺服驱动器的数字连接接口的完全数字化是完全数字化的重要标志。 lt，BRgt，nbsp随着微电子制造工艺日趋完善，新型高速微处理器（尤其是数字信号处理器DSP技术）的使用使操作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，满足了对伺服环路的高速实时控制的要求。一些产品还将电机控制的外围电路与DSP内核集成在一起，并实现了一些新的控制算法，例如速度前馈，加速度前馈，低通滤波和压降滤波。 lt，BRgt，nbsp伺服驱动器采用传统的模拟控制接口，极易受到外界信号的干扰，传输距离短。在中国的伺服驱动设备中广泛使用的脉冲控制接口不是真正的数字接口。该接口受脉冲频率的限制，不能满足高速，高精度控制的要求。现场总线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，外国公司引入了自己的数字接口协议和标准。例如，日本的Fanuc公司推出了串行伺服总线（FSSB），德国的西门子公司推出了Profibus-DP总线，日本的三菱推出了CC-link总线，德国的施乐推出了SERCOS总线。 lt，BRgt，nbsp完整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（例如增量式和正弦和余弦编码器）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。这真的很有意义数字化lt，BRgt，nbsp2。高性能lt，BRgt，nbsp具有高精度，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。 lt，BRgt，nbsp在2005年汉诺威工业博览会上，FANUC日本推出了HRV4伺服控制技术。 lt，BRgt，nbsp伺服HRV4继承并进一步发展了HRV3的优势。它具有以下特点：随时使用纳米级位置指令，采用1600万/转的αi高分辨率脉冲编码器，可实现纳米高精度伺服控制，HRV4超高速伺服控制处理器，所控制的电动机速度可达到60,000r / min，HRV4控制算法可将伺服电动机的大控制电流减少50，并减少电动机的热量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公司更加关注伺服器的动态特性。例如，海德汉公司在2005年汉诺威工业博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电路电源组件的开关频率从2 kHz增至5 kHz，超过10 kHz。大功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）和智能控制电源模块（IPM）的使用，大大降低了伺服驱动器输出电路的功耗，提高了响应速度和系统稳定性，并降低了工作噪音。这些不仅为交流伺服的全数字化，高速和高精度奠定了基础，而且使交流伺服系统更小。 lt，BRgt，nbsp 2.直接驱动技术（DirectDrive）lt，BRgt，高推力线性伺服驱动器，高扭矩转矩伺服驱动器。与传统的螺杆驱动方法相比，直接驱动技术的特点是消除了电动机在移动/旋转工作台之间的所有机械传动环节，即，将机器的进给驱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，是传统驱动装置的10到20倍，进给速度是传统驱动装置的4到5倍。 lt，BRgt，nbsp直接驱动技术是高速和高精度CNC机床的理想驱动模式。它引起了机床制造商的关注，并且技术发展迅速。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3 g，并将其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80,000 r / min，快速移动速度为500 m / min，加速度为6 g。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机的发热，保护和成本高的缺点，并逐渐实用化。 lt，BRgt，nbsp 2005年底，作者参观了日本森精机的工厂。令我印象深刻的是，森精机的机床产品使用了大量的自制高转矩扭矩伺服驱动器。与传统的蜗轮蜗杆传动相比，大扭矩和扭矩伺服驱动装置大大简化了机床转轴的结构，转盘的转速大大提高，动力响应大大提高。 lt，BRgt，nbsp三，高速电主轴lt，BRgt，nbsp电主轴是电机与主轴融合的产物。将主轴电机的定子和转子直接放入主轴组件中。电动机的转子是主轴的旋转部分。因为取消了变速箱传动装置和电机之间的连接，所以实现了主轴系统和“零传动装置”的集成。 。因此，它具有紧凑的优点结构，重量轻，惯性小，动态特性好等优点，可以改善机床的动平衡，避免振动和噪声，并已广泛用于超高速机床上。电主轴的驱动一般采用矢量控制的频率控制技术。 lt，BRgt，nbsp国外高速加工主轴的主轴转速一般为12000〜25000r / min，高达70,000〜80,000r / min。 lt，BRgt，nbsp第四，中国伺服驱动系统的现状lt，BRgt，nbsp在1980年代初期，中国引进，消化和吸收了先进的国外技术，并在中国的“第七个五年”中，“八五”，“九五”期间，对伺服驱动技术进行了重大科学技术研究，取得了一定成果。 lt，BRgt，nbsp在1980年代，中国曾经花费巨资引进西门子的伺服驱动技术。然而，由于它引入的技术是一种过时的技术，已经被淘汰，因此在自主消化和吸收方面没有突破，导致无法实现工业化。惨痛的历史教训使每个人都明白一个硬道理：诸如伺服驱动器之类的战略性高科技不能通过引入金钱来实现，盲目模仿外国只会被别人抛在后面，被别人打败，出路就是走这条路自主创新之路。 lt，BRgt，nbsp华中科技大学是中国自主创新伺服驱动技术的发源地之一。在“八五”期间，华中科技大学自控系和动力系开始了伺服驱动器的研究与开发。 1996年，自动控制部与华中数控合作开发了单芯片模数混合（电流环为模拟）交流伺服驱动器和主轴驱动器（HSV-9系列），后来又开发了基于DSP的全数字交流伺服驱动单元（HSV-16 / 18/20）并开始量产。迄今为止，已生产和销售了3万多台，被评为国家重点成果和国家重点新产品。华中科技大学电力系与广州数控，上海开通数控合作，研发的伺服驱动技术也已经产业化。 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，北京凯奇数控设备有限公司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。它也已得到大规模应用，其进给伺服功率范围为20W至7.5kW，主轴伺服功率范围为3.5kW至22kW，可以满足企业的实际需求。 lt，BRgt，nbsp由北京时代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而准确地实现对电动机的位置，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，电动汽车及自动化生产线等领域，得到了用户的良好反响。 lt，BRgt，nbsp从2003年开始，中国经济的数控系统开始使用步进驱动装置，并开始大规模使用伺服驱动装置。中国自主创新的伺服驱动技术为推动中国数控系统产业的升级做出了巨大的努力，伺服驱动产业也取得了长足的进步。 lt，BRgt，nbsp目前，在中国伺服驱动系统的产品性能和产品可靠性方面，与国外产品仍有一定差距。特别是在全数字高性能伺服驱动技术方面，与国外公司的差距仍然很大，这已成为“瓶颈”。限制中国中高端数控系统产业发展的问题。 lt，BRgt，nbsp五，华中数控伺服产品及技术特点lt，BRgt，nbsp自成立以来，华中数控一直与华中科技大学控制科学与工程系密切合作开发伺服系统。产品。第一家在中国成功开发基于微处理器的HSV-9交流伺服驱动器并批量生产和销售的公司。后来，他承担了国家“第十一个五年”研究项目“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与应用”，国家“第十个五年” 863计划“ EQ6110HEV混合动力城市”。 “总线电机与控制系统”，国家技术创新项目“全数字智能交流馈电驱动装置”和中小企业创新基金项目“高性能伺服驱动系统工程研究”等七项研发任务。 lt，BRgt，nbsp华中数控近年来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，nbsp HSV-16系列全数字交流伺服驱动单元lt，BRgt，nbsp作为一种新型产品，它进一步改善和完善了产品性能。 lt，BRgt和nbsp驱动程序的硬件环境是：用于大规模电动机控制的高性能数字信号处理器（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，体积小，安装简便。它具有自检和自诊断功能，并具有针对短路，过电流，过电压，欠电压，泵浦，过热和其他故障情况的完整软件和硬件保护功能。 lt，BRgt，nbsp HSV-18D系列全数字交流伺服进给驱动器单元和主轴单元lt，BRgt，nbsp采用当今的新技术设计，交流380V直接电源，可实现多种交流电机，包括交流永磁同步电机电动机，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为提高产品的可靠性面对国内用户的恶劣环境，NC伺服驱动器的企业标准基于欧洲IV级电磁兼容性指标，该指标高于国家标准（欧洲三级电磁兼容性）技术指标。双。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，nbsp交流伺服电机是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的手中，对系统技术进行改革也非常困难。电机的成本，类型和交货期严重限制了CNC系统行业的发展。为此，华中数控从2000年开始准备自主研发交流伺服电机系列，并投资成立了上海登奇机电技术有限公司，以开发GK6和GK7系列永磁同步交流伺服电机。 GM7系列交流伺服主轴具有自主知识产权。 。 lt，BRgt，nbsp在开发的早期阶段，大量参考了国内外的先进技术，包括来自西门子，德国，安川，三洋和松下的先进技术。结合国内用户需求和市场需求，GK6系列于2001年成功开发。永磁同步伺服电动机。该系列电机采用定子冲孔和裸露结构的叠层结构，可以直接散热而无间隙。它使用超高内部矫顽力稀土永磁材料形成气隙磁场。自主研发的国产电机转子斜磁铁是全磁化生产工艺设备。确保生产的伺服电机没有磁性，减少损耗，减少磁场振动和噪声，并具有更高的性能。采用了整个加工技术，并且r振动小，旋转稳定。目前产品的额定扭矩为0.6〜1000Nm，额定转速为1000、1200、1500、2000、3000、6000r / min。该系列电机的成功推出，为华中数控等国内的数控公司提供了高性价比，及时交货，满足个性化需求的伺服电机支持。 lt，BRgt，nbsp在成功开发和销售交流伺服电机的基础上，为了更全面地与CNC机床匹配，2004年开发了GM7系列交流变频主轴电机。目前，该产品的额定功率为2.2kW〜100kW。它采用F级特殊绝缘结构，抗浪涌电流和电晕现象，使用寿命长，可靠性高。它采用内置风道，定子板和板压一体化结构，散热效率高。高，紧凑的尺寸，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。华中数控开发的lt，BRgt，nbsp交流伺服电机和交流变频主轴电机在中国范围广泛。就产量而言，它每年翻一番，并具有达到20,000单位年产量的能力。 2006年，国家发展和改革委员会的华中数控宣布了“设备国产化”项目：所有数字伺服驱动器和电机的工业化都通过了专家审查。公司计划投资7000万元，新建10,000m2伺服驱动器及电机生产厂。项目建成后，计划年产100,000套伺服驱动器和电机。 lt，BRgt，nbsp华中CNC还根据市场需求开发了各种专用伺服产品。开发的大功率伺服驱动器已在重庆某工厂的摆式列车的列车平衡系统中使用。 lt，BRgt，nbsp开发了一种开关磁阻电机控制器，该控制器用于武汉市的混合动力公交车，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伺服主轴电机已与中国一家注塑机制造商的全电动注塑机分批使用。鄂州机床厂开发的中国台湾电动螺杆压力机使用的输出扭矩高达1000Nm的伺服驱动器。 lt，BRgt，nbsp VI。对中国伺服行业驱动系统行业发展的建议lt，BRgt，nbsp是数控机床的重要功能组件。伺服驱动器和伺服电动机是影响CNC系统性能的重要功能组件。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系统工厂整体竞争力的决定性因素。 。伺服驱动器涉及大功率和强电流控制，这是可靠性的薄弱环节和瓶颈。在成功的国外CNC系统公司中，它们具有独立伺服驱动技术的自支持能力。发展我们自己的伺服驱动技术和行业迫在眉睫。建议如下：lt，BRgt，nbsp 1.大力加强对伺服驱动装置生产工艺技术的研究。 Lt，BRgt，nbsp基于国家863计划，科学技术部中小企业创新基金和国家“第十个五年计划”的成果。伺服驱动器的控制平台技术已经基本成熟。产品化研究侧重于可靠性设计和可靠性保证措施，产品结构和序列化设计以及批量生产过程研究，从而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，nbsp 2.进行高性能伺服驱动设备的性能评估和改进技术研究，在技术测试的基础上，为中国伺服驱动技术的发展提供了清晰的技术趋势，掌握了真实的产品信息和合理的采购方法建议。 lt，BRgt，nbsp在此基础上，支持国内ente致力于开发高性能伺服驱动设备。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，高电网适应性和高价格方面，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。制定了伺服驱动器和数控系统数字接口的中文标准lt，BRgt，以数字接口规范和数控系统和伺服驱动器标准的通用技术为纽带，形成了国内数控系统行业的合作与联盟，发挥各自优势，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，增强中国数控机床和数控系统在国际市场上的竞争力。 。同时，掌握数控系统和伺服驱动器的数字接口协议和标准的话语权，可以改善中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。保护中国数控系统产业发展的障碍。它可以缩小中国数控系统行业与国外之间的技术差距，并改变国内数控系统制造商之间的低价竞争和低水平竞争的现状。 lt，BRgt，nbsp在开发高推力线性伺服驱动器，高扭矩转矩伺服驱动器和高速主轴驱动器方面增加了投资。 lt，BRgt，nbsp直接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。尽管省略了中间转换环节以实现所谓的“零传输”，但系统结构较为合理，但是作为一种新的应用技术，它仍然面临着许多现实的技术问题。例如控制系统的许多不确定因素的抗干扰问题，例如参数扰动，负载干扰，伺服电机的强制冷却问题，系统的快速能量吸收制动问题以及严格的灰尘和磁隔离措施。解决方案和技术的进一步改进。 lt，/ FONTgt，