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脚踏实地,探索突破伺服、运动控制核心技术

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脚踏实地,探索突破伺服、运动控制核心技术

发布日期:2019-11-21 作者: 点击:

脚踏实地,探索突破伺服、运动控制核心技术

    随着近年国内工业自动化市场的迅猛发展,市场需求变化带来的压力促使伺服、运动控制厂商亟需提升技术研发能力,以适应中国智能制造的发展要求。本刊特别整理出深圳市汇川技术股份有限公司先进制造行业群总工张志军在“2017智能制造&中国运动控制行业发展高峰论坛”的现场发言,分享他对于现阶段中国运动控制行业技术发展状况的看法,以及如何提升伺服系统的关键性能指标。

    运动控制领域的范畴很广,它不仅仅只是一个伺服系统,也不仅仅只包含一个PLC控制系统。运动控制是一个有机的整体系统,它包括作为执行机构的伺服系统、上位机、控制器、减速机等等部件,形成了一个完整的产业链。


认真专研核心技术是关键

    过去,在运动控制领域,中国企业大多缺乏核心技术,各家厂商都在致力于解决工业制造中所遇到的各种难题,这是中国制造企业之“殇”,也是大家共同努力追求的目标。只有真正拥有自己的核心竞争力,才能让企业立于不败之地,为“中国制造2025”发展规划做贡献,同时也能提升整体产业价值。

    以汇川的发展历程为例,早期汇川是以变频技术为核心,从2007、2008年起,公司开始研发伺服系统,直到2011年才取得了一系列的技术突破,其中,这些技术涉及多个方面,如电子技术、驱动技术、伺服控制技术和编码器细分技术等等,可以说,这是一条非常艰辛的道路。2010年开始汇川进入总线技术的研发,2012年汇川开始研究机器人系统。因此,从技术发展上说,汇川的整个技术路线是构建在电力电子技术基础之上,充分利用伺服控制技术、总线控制技术,结合未来的机器人结构运动控制技术,从而形成了企业自身较为完整的运动控制产品线。

    而从整体系统的角度来看,在国内众多厂商(控制层、伺服层、信息层等)的共同努力下,目前国内运动控制产业也已基本形成了相对较完整的拓扑结构,产业发展取得了长足的进步,迈出了坚实的一步。

在核心技术方面,中国企业应更多地关注新型器件和新技术的发展动向,逐步接近国际领先水平,甚至可以在某些局部环节上实现突破。例如:控制系统的发展主要是构建以EtherCAT控制系统为核心的网络控制器,以适应未来网络化工业生产模式;还有针对直线电机、DD马达的开发,这些技术属于精密工业的核心部件之一,目前阶段基本被欧美、日本的部分公司所垄断,需要中国厂商好好学习,认真专研,逐步拉近与国外企业的技术差距。

    目前汇川的研发中心有三个:深圳、苏州、意大利米兰,每年企业都把10%的销售额投入到研发中去,到2016年企业的研发投入已超过4个亿。汇川在工业自动化领域主要涉及伺服系统、变频器、大传动、PLC、编码器、工业视觉、工业机器人等产品,服务于工业自动化、新能源汽车、工业互联网、轨道交通、工业机器人等多个产业领域。汇川伺服驱动系统平台现已掌握伺服的性能算法、EtherCAT总线、CANoepn总线、电机电磁设计及工艺设计能力,以及编码器设计制造能力等核心技术,且具备完全的自主知识产权,产品已开始进入第三代的研发之中。


伺服系统核心技术指标

伺服系统核心技术指标分析

    从控制和执行机构的角度来看,易用性、安全性、响应性、实时总线、编码器精度/分辨率、转矩波动是伺服系统的核心技术指标,也是现阶段产业发展的新要求。响应性涉及的核心技术有:三环算法、硬件实现方案,汇川开发的伺服系统应用于LED固晶机可实现1小时往复40000次,定位时间5ms;SV820产品电流环刷新周期625K,超越日系伺服。编码器分辨率/精度涉及的核心技术有:编码器细分技术,例如车铣复合机床主轴定位精度要求小于40角秒,以满足零件加工位置误差的要求;国内首次实现编码器分辨率23bit的同时,精度达到20角秒以内。低转矩波动涉及的核心技术有:伺服电机电磁设计技术,如雕铣、雕刻、车铣复合对工件表面刀纹要求很高,对伺服的速度波动提出了严格要求,汇川伺服电机目前转矩波动可小于0.5%。

    高速实时总线涉及的核心技术有:总线同步技术。在印刷、锂电、LED、高端的电子设备、机床这种多轴、多轴插补、对生产的速率或者精度要求很高的现场,一般速度与实时性不够好的总线是无法满足需求的。汇川伺服目前支持100M高速实时EtherCAT总线,深度融合搭配倍福、欧姆龙控制器,目前年从站节点增长30000个。易用性核心技术包括在对机电系统了解基础上的功能算法,如自整定、在线惯量辨识、在线共振点辨识、低频震动抑制等功能,可大幅降低调试工作量,提高伺服的适应性与易用性。汇川伺服目前可以实现在线惯量辨识、在线共振点辨识、低频震动抑制、模型跟踪、转矩观测及一键式刚性调整。

    安全性核心技术点有:STO功能软硬件实现能力,STO(safetorqueoff)功能以及其他飞车、短路、过压等保护功能对伺服安全使用至关重要,尤其在当前人机协作日益增多的情况下,STO功能变得必不可少。汇川伺服SV820系列可满足STOSIL3等级。

在对伺服系统核心技术的开发中,有一些国际先进品牌的技术值得国内企业借鉴学习,但不能只是简单地拆开来“抄一抄”别人的设计,而是需要大家静下心来研究一下为什么这些公司要这样设计?例如,目前国内电机设计是瓶颈之一,如何提升电机产品的设计水平是关键。另外,在实时总线系统的开发上,必须建立在对操作系统的理解基础之上,需要认真研究Windows、Linux等操作系统。总之,冰冻三尺非一日之寒,任何技术创新都是企业长期积累的成果,需要更多产业人士脚踏实地,积极探索突破伺服、运动控制核心技术。


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