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伺服系統介紹及展望

時間:2018-12-17


伺服系統的結構組成

  伺服控制系統一般包括控制器、被控對象、檢測環節、比較環節、執行環節等五部分。

  1、控制器

  控制器通常是PID控制電路或計算機, 控制器主要任務是對比較元件輸出的偏差信號進行變換處理,用來控制執行元件按要求動作。

  2、被控對象

  被控對象多指一些機械參數量,例如:位移、加速度、力、速度和力矩等。

  3、執行環節

  執行環節的作用是按控制信號的規則,將輸入的各形式能量轉化成機械能,驅動被控對象工作。

  4、檢測環節

  檢測環節是指能夠對輸出進行測量并轉換成比較環節所需要量綱的裝置,一般包括傳感器(編碼器)和轉換電路。

  5、比較環節

  比較環節是將輸入的指令信號與系統的反饋信號進行比較,以獲得輸出與輸入之間的偏差信號。這個環節通常由專門的電路或計算機來實現。

伺服系統的現狀

  1、伺服驅動產品

  1.1伺服電機

  按容量將其分為大容量、中容量、小容量、超小容量(MINI型)四種類型。其中,功率在2255KW之間為大容量型,功率在3.0KW15KW之間為中容量型,功率在200W2.0KW之間為小容量型,功率在30W100W之間為超小容量型。

  1.2編碼器

  現在以信號線數量是5根的新型的位置編碼器居多,分為絕對值型和增量型兩種,具有62.5μs的通信周期,12位的數據長度,4 M/s的通信速率,高達20 bit/rev編碼器分辨率,也就是說每轉生成100萬個脈沖,有高達6000 r/min的轉速,且僅用16μA電流。

  除了光電編碼器之外,磁編碼器值得關注。磁編碼器的重量和體積都比光電編碼器小幾十倍,溫度范圍更寬,幾乎不怕沖擊和振動。其工作原理非常簡單,磁編碼器的定子是一顆內嵌霍爾磁敏元件和DSP的芯片,體積可以小到MSOP-24封裝,它的轉子是一顆兩極磁鋼。它的分辨率是16位,精度是12位。

  1.3伺服控制單元

  伺服控制單元也叫伺服控制器或是伺服驅動器。雖有較低成本、較快的相應速度、連續性較好的特點,但傳統模擬控制會因為溫度升高發生漂移,調試系統不易掌握,柔性化設計實現難,無法完成復雜的計算,對現代控制理論指導下的控制算法無法實現等。

  1.4上位控制

  從上面的CNC控制器、運動控制器及可編程控制器(PLC),能連接到底端的CNC控制器、通用輸入/輸出(I/O)控制單元。可控制單軸,在高達44軸的模式下也可控制,從模擬到網絡不同類型的信號可通過控制器進行連接。

伺服系統發展趨勢及前景展望

  目前,國外品牌占據了中國交流伺服市場近80%的市場份額,他們來自日本和歐美。

  其中,日系產品以擁有約60%的市場份額而雄踞首位,其著名品牌包括松下、日立、發那科、三菱電機、安川、三洋、富士等,其產品特點是技術和性能水準比較符合中國用戶的需求,以良好的性能價格比和較高的可靠性獲得了穩定且持續的客戶源,在中小型OEM市場上尤其具有壟斷優勢。近年來,日系伺服強化了本地化生產的策略,這在很大程度上進一步增加了在價格和快速交貨方面的籌碼。鑒于以上特性,日系伺服品牌是中國伺服市場最大的受益者,也是國產伺服最大的競爭者。

  歐美品牌中,美國以羅克韋爾、丹那赫、派克等聞名,而德國則擁有西門子、倫茨、博世力士樂、施耐德等品牌先鋒。這些歐美品牌在高端設備和生產線上比較有競爭力,此類產品的共同特點是品牌歷史悠久、技術先進、功能齊全,以全套自動化解決方案作為賣點,總的市場占有率大約在15%。最近,為提供市場競爭力,這些高端品牌也在不斷尋找本地合作伙伴,目標直指中國的中低端市場,并不甘心被日本品牌擠壓。因此,歐美品牌雖在產品系列上和國產品牌有所差別,但其野心也不可被小覷。

  除日本、歐美伺服品牌外,以東元(TECO)和臺達(Delta)為代表的臺系伺服在大陸市場的推廣也如火如荼,其技術水平和價格水平居于進口中端產品和國產品牌之間,在競爭中主要突出性價比優勢,對國產品牌帶來了新的競爭壓力,市場占有率從幾年前的微不足道提高到大約5%。值得注意的是,這兩個廠商的目標客戶均屬于機械行業,這將加劇與同將目標市場定位于此的南京埃斯頓等國產品牌之間的競爭。

  相比之下,國產伺服品牌起步較晚,據不完全統計,國內較大規模的伺服品牌20余家,主要有華中數控、廣州數控、南京埃斯頓、和利時電機等。其中華中數控和廣州數控等主要集中在數控機床行業;南京埃斯頓則以自主創新伺服技術為基礎,提供面向機械裝備全行業的交流伺服系統產品,以其全系列的產品覆蓋和良好的產品性能在國內交流伺服系統的市場上形成獨特的競爭優勢。目前該公司的交流伺服產品已批量使用在數控機床、紡織機械、針織機械、包裝機械、印刷機械、繞線機、彈簧機、彎管機等多個機械裝備領域;和利時電機面向整個自動化產業機械市場提供步進、無刷、伺服等系列產品,在技術上和品牌上也有一定優勢。上述品牌雖各具特色,但市場占有率加起來也僅僅在5%左右,在與洋品牌的對抗中,國產品牌雖奮起直追,但畢竟因實力懸殊而處于下風。

 
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