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伺服驅(qū)動技術(shù),看清國內(nèi)外的差距

分類:行業(yè)動態(tài) 1310人瀏覽 2016-11-16
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工業(yè)機器人核心部件大家都很清楚,近年來伺服電機技術(shù)發(fā)展,以國外的西門子,還有奔馳,美國的一些企業(yè)為主流,推出一系列產(chǎn)品,目前的技術(shù)進展,最近這幾年從理論上來說沒有新的突破,主要還是落實在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝,在技術(shù)上大大降低損耗,提高密度。這種技術(shù),目前國內(nèi)外都有,但是,有些工業(yè)比較落后的企業(yè)達不到這個水平。


就電機本身來說我們?nèi)绾翁岣咚拿芏?,包括西門子等都采用斜槽或斜級,降低齒槽轉(zhuǎn)矩,提高電機速度的平穩(wěn)性,也會降低額定扭矩。

施耐德伺服驅(qū)動

伺服電機技術(shù)進展(材料),現(xiàn)在材料目前國內(nèi)電機里面的不可替代的一部分,必須使用最好的適應(yīng)高溫應(yīng)用,我們國內(nèi)目前的技術(shù)還是相當(dāng)落后的,上周五去寧波一家公司了解這個事情,現(xiàn)在日本的技術(shù)已經(jīng)非常成熟,利用到系統(tǒng)材料上面,我們國家現(xiàn)在還是實驗性的基礎(chǔ)階段。至少比國外落后10年。


另外編碼器技術(shù),也是我們的瓶頸,我們電機的反饋編碼器包括各種傳感器,基本上都是采用國外進口的一些產(chǎn)品,包括SICK Stegmann,一個電機的產(chǎn)品,比如說價格3千,編碼器可能占1千,利潤其實大部分都是編碼器里面,真正的電機本身利潤很低的。在編碼器技術(shù)里面,我比較推崇SICK的技術(shù),就是采用一根反饋線,里面只有一個電源線集成一起的,一條電纜線就可以了,這樣對我們整個系統(tǒng)的設(shè)計,對布線成本都是有很大幫助的。


最近幾年從電機發(fā)展來說,我們可以看得到這幾年有很大的發(fā)展,直驅(qū)、直線、集成式伺服電機,這些產(chǎn)品有它很重要的應(yīng)用背景,比如說直驅(qū)電機,這種電機確實很好,它去掉傳統(tǒng)部件,大大提高我們整個系統(tǒng)的應(yīng)用特性。這幾年有很多的嘗試,這可能有些概念的誤區(qū),因為直驅(qū)電機,要達到同樣的扭矩,直驅(qū)電機的體積增大,因為扭矩密度跟體積成正比的。直線電機,它必須用更好的反饋元件,才可獲得高的定位精度。


直線電機,無背隙、高動態(tài)響應(yīng),在高精度雕銑(高光機),激光加工、精密定位平臺等領(lǐng)域。對于前幾年有些熱的集成式伺服電機,其實有很大的問題,存在發(fā)熱問題,必須降低使用,不適合重載機器人應(yīng)用。比較適合在小功率的人工協(xié)作機器人上應(yīng)用。


總體來說,對于集成的伺服電機,我在美國曾經(jīng)研究過這個電機,同時也產(chǎn)品化,但是銷售情況不盡如人意,從2011年底推上市場,沒有超過1千臺,但這個概念是好的。


剛才清能德創(chuàng)的湯總也談到很多伺服領(lǐng)域的事情,國內(nèi)新時達等等一些企業(yè)也做很多好的產(chǎn)品,但是總體來說我們跟國外還是有一些差距。不是說我們伺服本身的差距,其實還是核心技術(shù)的差距,我們現(xiàn)在用的伺服總芯技術(shù),它所有的標準,所有的定義沒有一個是我們中國人定義的,全部是來自于歐洲和日本,比如說Ether CAT等等。


共目線結(jié)構(gòu)體系,先進的控制算法,自適應(yīng)振動抑制,自適應(yīng)參數(shù)整定,齒槽轉(zhuǎn)矩補償,磁飽和控制,弱磁控制。在安全功能方面,國內(nèi)我們以前很少考慮安全的功能,SIL的安全功能,是歐美的啟動器普遍采用的安全功能技術(shù)。


我這里列出來美國羅克韋爾的架構(gòu)系統(tǒng),目前有兩種總線,為什么選擇這兩種主線呢,不加任何東西可以互聯(lián)我的設(shè)備,Ether CAT它不是基于TCRP的架構(gòu)的,但是它這兩種是基于TCRP的架構(gòu),但缺點是實時性、速度不夠快。Ether CAT滿足我們機器人的應(yīng)用沒有問題的。


目前來說國內(nèi)外不管是歐美,還是咱們國內(nèi)的伺服系統(tǒng),現(xiàn)在高端一點的都采用DSP或ARM+CPLD,實現(xiàn)模擬輸入,反饋和電機控制算法等。這些不講了,我們里面的東西基本上都是國外的一些產(chǎn)品,不知道大家有沒有用過?DSP或ARM+CPLD,有沒有用國產(chǎn)?現(xiàn)在也是我們致命的問題,技術(shù)的發(fā)展需要時間的積累,因為上午聽了一下,覺得我們形勢大好,其實不是這樣的,其實我們形勢很嚴峻。


在機械系統(tǒng)里面,其實存在多個多頻振動的情況,當(dāng)不同速度工作的情況下引起的振動,我覺得應(yīng)該把這個功能做進去。

另外一個就是自適應(yīng)適應(yīng)增益參數(shù),可實現(xiàn)慣量自適應(yīng)辨識整定。這個東西不是那么容易做的,一定要有大量的數(shù)據(jù),經(jīng)驗的積累,才能做到這一點,不是說改變一個參數(shù),其實很危險的,往往會帶來系統(tǒng)的不穩(wěn)定,但是安川電機做到了。


為什么做磁飽和控制,對于電感來說它隨著電流變化的,因為這個來源于什么?電源的變化,磁場的變化,對這個磁場進行控制,對于國內(nèi)外一些驅(qū)動器了解一下,在這個方面做控制的也不多。


再說一下我們伺服驅(qū)動產(chǎn)品在國內(nèi)的情況,其實也不是很悲觀,現(xiàn)在從我們市場來說,從整體來說,歐美、日本,大概占到我們國內(nèi)市場的75%,國產(chǎn)的話有25%,這個國產(chǎn)25%里面,還有12%是臺灣的,其實我們真的國產(chǎn)的占比很少,一年中國賣1千多萬的伺服系統(tǒng),我們國產(chǎn)只占100多萬,這是我們需要深思的。


同樣反饋元件也是致命問題,95%以上的反饋元件都被歐美和日本壟斷,工業(yè)機器人應(yīng)用上,國產(chǎn)率基本為0%。

還有一個就是制動器,搞電機的都知道,我們要用制動器的話,搞一款國產(chǎn)的很難,找一款國內(nèi)知名品牌更難,歐美的,KEB、Kendrion,在這兒不是宣傳國外的產(chǎn)品,我們國內(nèi)應(yīng)該做這個產(chǎn)品,應(yīng)該有企業(yè)發(fā)明這個產(chǎn)品,這樣才能把伺服的上下游發(fā)展起來,能夠真正做到跟國外競爭。


磁材方面,日本技術(shù)領(lǐng)先,超薄的硅鋼片我們國家目前還制造不出,這也是我們技術(shù)的一個瓶頸。包括其他的一些絕緣材料等等,現(xiàn)在只好選擇一些美國或者德國的,國內(nèi)的總體性能差,它的伸縮長度是變化的,導(dǎo)致你的電機一次性差,要做好的電機沒有辦法,還是得用國外的產(chǎn)品。包括國外的也好,這些都是我們面臨問題。


功率模塊,這些技術(shù)我們都知道,在發(fā)展中。但是我們找不到國產(chǎn),找MOSFET,或者找IPM,或者找東芝等等公司,我們國家其實做研究80年代就開始了,為何到現(xiàn)在沒有產(chǎn)品?這也是我們從事這個行業(yè)令人心痛的事情。


從伺服驅(qū)動器來說,我們國家存在的差距很大,尤其是基礎(chǔ)。經(jīng)常聽到人家說要彎道超車,我很反對的,沒有精湛的技術(shù)怎么彎道超車?一定要加強基礎(chǔ)研究,絕緣材料等等,其實可以發(fā)展很多新的企業(yè),產(chǎn)業(yè)方向,控制芯片等等,我記得在清華大學(xué)上研究生的時候就在研究芯片,到現(xiàn)在這方面的發(fā)展也沒有很大起色,我們國內(nèi)產(chǎn)品系列化不多,機器人占整個行業(yè)的不到5%到8%,真正國內(nèi)1千多萬個,機器人能夠占到10幾萬就不錯了,也就是兩三萬臺是國產(chǎn)的。


從整個行業(yè)來說,像包裝機械,一個企業(yè)用三四萬套的驅(qū)動,這些市場基本被三菱和安川壟斷。國內(nèi)搞低價格競爭,其實這個對我們產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常不利,這個事情政府應(yīng)該好好考慮,市場不規(guī)范,也是影響這個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的致命問題。我們國家的電氣行業(yè)標準不應(yīng)完全照搬歐美的,應(yīng)該體現(xiàn)我們國家的一些技術(shù)發(fā)展。我們看到差距,也看到我們的發(fā)展,把我們核心零部件公司羅列出來,看到我們國家核心部件的企業(yè)也在發(fā)展,新時達、新松,雖然在困境中發(fā)展還是不錯的。機器人在電機方面,真正用上機器人電機的,國產(chǎn)的實在太少,我們杭州楨正也是國產(chǎn)的,用在機器人身上的電機還是有一定的性能。


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