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伺服系统是以机械运动的驱动设备，电机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子变换装置为执行机构的电气传动控制系统。随着数控机床向高速、高精、智能、复合、环保方面发展，对伺服电机提出了“高精度、高效率、高可靠性和专门化”的新要求。为满足超高精度的数控系统对精度和快速性的要求，需要采用直接驱动技术。伺服电机如何应对挑战？
伺服电机产品现状
刘岸先生：在运动控制技术迅速发展的今天，信息时代的高新技术流向传统的机械制造工业，引出了深深的变革，出现了全数字式伺服、全闭环式交流伺服、直线电机驱动伺服、网际开放式结构高性能DSP多轴运动控制系统等等，最终的目标都是如何更好地解决机器产业界里所遇到的位置控制和速度控制。目前我公司的第一代SNMA伺服产品主要是服务机器业界里需要的速度控制这一部分，其技术的发展是向着高精度、低速大扭矩、动态快速响应、宽频调速范围的高性能方向发展，这对伺服驱动系统中的执行器——伺服电机提出了更高的要求，怎样在低速大扭矩的同时又要实现低惯量的快速动态响应，并且解决超高速10000r/min以上带来的振动及使用系数问题。作为SNMA伺服电机的生产厂家，我们在这些问题上已经积累了一定的经验，能够给客户满意的服务。
刘 岸先生
上海森力玛传动技术有限公司总经理
魏九桢先生：伺服控制系统随着应用领域的发展，有两种发展趋势：功能整合化与应用专业化。功能整合化，主要体现在控制器（驱动器）上。利用现代控制理论，如最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等，伺服控制器已由单纯的速度与位置伺服控制，发展成多元素伺服控制，并且兼备PLC及数控系统功能，成为多功能的整合控制系统。应用专业化，在伺服电机方面体现较明显，多年来，普通型的交流伺服电机应用很广泛，但是一些专用伺服电机开始在市场上显示了其特殊魅力，像罗升目前服务的线性伺服电机和DD伺服电机两种产品系列。
魏九桢先生
天津罗升企业有限公司副总经理
实际上，线性伺服电机和DD伺服电机有一个共同点：高精度直接驱动运动部件，一种是线性运转直驱，一种是回转运转直驱。他们不像多数普通交流伺服电机那样，需要通过滚珠丝杠或减速箱等媒介，使工作部件完成直线或旋转运转。因为工作部件（工作台）可以直接安装在其上面，由中间媒介产生的间隙和响应速度问题也不复存在，精度等级自然会提升很多。在一些精度要求高的应用场合，普通的交流伺服系统与机械系统配合后很难达到精度要求，而线性伺服电机和DD伺服电机不但具有精度优势，而且可以省去许多传动媒介部件，使设计和调试都变得简单，无疑已成为设计师的首选。
李文健先生：目前伺服在中国的发展现状与百家争鸣的春秋战国时代颇为相似。市场的占有量以日系品牌为主，约50%以上，占据了国内市场的半壁江山。其次是欧系伺服产品，再者就是中国自产的伺服产品。这些厂家的伺服产品各有特色：日系伺服进入中国市场较早，产品性能、质量较好，价位较高；而欧系的伺服产品性能和功能最好，价格最高；国产伺服产品在性能和功能方面暂时逊色很多，只能跟在欧美日的后面走，但是具有明显的价格优势。根据多年的专业经验，李经理预言未来国内伺服的发展有三个方向：
第一个方向是伺服的功能最简单实用、价格成本最低，这部分伺服可以适应国内对低成本设备的大量需求及部分步进电机的市场。
第二个方向就是专用伺服领域。在某些特殊行业中，伺服的用量非常大，如在袜机、绣花机、喷绘机等行业。由于这些行业只需要伺服的个别功能，因此台达打算以专用伺服打开这部分行业的市场局面。
第三个方向也是以后发展的主要方向，即发展高端、高性能的伺服市场。随着社会的发展进步，人力资源的成本将会越来越高，随之而变的是，无人操作的高性能自动化控制产品将会逐渐成为伺服产品中的主导力量。
台达对中国市场相当重视，在2007年将推出大马力伺服产品以及客制化马达，容量从3.5kW～15kW，以满足大马力客户的需求；同时推出A2系列，对于通信、网络架构及INDEX部分有明显帮助。拥有这些“明日之星”产品，既可满足国内尖端客户的需求，又能节省客户的设备成本；更由于系统的有效简化，使系统整合的可靠度得以进一步提升。这些优点将使客户的工业产值明显增加。
行业应用解决方案
李文健先生：交流伺服系统为精密机器提供高速、高精密的运动控制功能。台达ASDA系列的两种伺服产品线的功率段足以适应国内80%的市场需求。如台达ASDA-A系列伺服内含运动控制器，即单轴点对点的定位控制；驱动器内含8组位置命令及其相对应的8组移动速度，当使用通信控制时，可动态修改内部位置命令及移动速度而达到无限点位置控制的功能；这个功能为台达所独有，非常适合应用于PCB钻床、SMT、晶片自动输送、IC插装机、纸板运送机驱动、包装系统、来料检验、显微仪、定位控制、折弯机控制等因为使用台达伺服产品，可以为客户省去一个上位机控制器，所以台达在这些行业受到欢迎，市场占有率超过50%以上。
李文健先生
中达电通股份有限公司伺服数控产品处产品经理
2006年，台达伺服产品在定点移动控制、连续轨迹控制、同步控制方面有很多的成功案例，涉及的行业有PCB钻床、数控车床、铣床、包装机械、纺织机械等。此外，目前中达电通公司正积极布局市场，搭配数控行业并锁定变动性加工行业，达到完整测试与快速成交的目的；行业群则包括有车床、铣床、雕刻机、放电加工机等。2006年台达集团推出进阶功能型ASDA-A系列伺服和标准功能型ASDA-B系列伺服，把市场一分为二，全方位满足工业界的需求。ASDA系列交流伺服控制回路采用高速数字信号处理器(DSP)，可以高速、高精确地完成各种控制的运算；结合现代控制理论的成果，应用于交流伺服驱动系统，使得伺服马达的低速运转特性更佳。再配合增益自动调整、指令平滑功能设计以及软件分析与监控，使得ASDA系列交流伺服真正做到高性能、高响应、高精度、高可靠。
2007年台达计划在ASDA-A原有功率段的基础上加大功率段，对产品线中的大功率段部分进行补充；同时还会继续推出台达高精端的伺服ASDA-A2系列，在软硬件方面新增多种功能。这样，就使得伺服性能方面得到更加全面的提升。届时台达伺服将全面满足中国各行业的需求，预计可适应国内99%的市场需求。
刘岸先生：数控机床的使用性能在提升，向着高精度、高效率迈进，机床的高速加工对担任动力源的伺服电机同样也提出了高速、高可靠性的要求。传统意义上的电机随着发展越来越满足不了要求，作为SNMA伺服电机在提高零部件的优化设计与加工精度，有效解决动态快速响应和高速振动的同时，还应在配合驱动器智能化、复合化、环保化方面发展自身的潜力，比如环保方面的高效率，低噪声等。
大多数伺服电机解决的是高精度快速响应等功能，尤其在机床行业里是这样，但在注塑机、压延机、染整机、纵剪机等行业，需要的是低速大扭矩及高精度的速度控制，这些行业里往往需要的电机功率很大，基本上在30kW以上最大甚至到160kW，传统意义上的低惯量高精度伺服电机已不太适合，作为SNMA伺服电机的生产厂家，我们在电磁设计、结构设计上突破传统的理念及束缚，采用大框号、强过载、低温升设计方案及双闭环控制方案，使以上领域要求的伺服控制得到满足。
李文健先生：交流伺服系统为精密机器提供高速、高精密的运动控制功能。台达ASDA系列的两种伺服产品线的功率段足以适应国内80%的市场需求。如台达ASDA-A系列伺服内含运动控制器，即单轴点对点的定位控制；驱动器内含8组位置命令及其相对应的8组移动速度，当使用通信控制时，可动态修改内部位置命令及移动速度而达到无限点位置控制的功能；这个功能为台达所独有，非常适合应用于PCB钻床、SMT、晶片自动输送、IC插装机、纸板运送机驱动、包装系统、来料检验、显微仪、定位控制、折弯机控制等因为使用台达伺服产品，可以为客户省去一个上位机控制器，所以台达在这些行业受到欢迎，市场占有率超过50%以上。
2006年，台达伺服产品在定点移动控制、连续轨迹控制、同步控制方面有很多的成功案例，涉及的行业有PCB钻床、数控车床、铣床、包装机械、纺织机械等。此外，目前中达电通公司正积极布局市场，搭配数控行业并锁定变动性加工行业，达到完整测试与快速成交的目的；行业群则包括有车床、铣床、雕刻机、放电加工机等。2006年台达集团推出进阶功能型ASDA-A系列伺服和标准功能型ASDA-B系列伺服，把市场一分为二，全方位满足工业界的需求。ASDA系列交流伺服控制回路采用高速数字信号处理器(DSP)，可以高速、高精确地完成各种控制的运算；结合现代控制理论的成果，应用于交流伺服驱动系统，使得伺服马达的低速运转特性更佳。再配合增益自动调整、指令平滑功能设计以及软件分析与监控，使得ASDA系列交流伺服真正做到高性能、高响应、高精度、高可靠。
2007年台达计划在ASDA-A原有功率段的基础上加大功率段，对产品线中的大功率段部分进行补充；同时还会继续推出台达高精端的伺服ASDA-A2系列，在软硬件方面新增多种功能。这样，就使得伺服性能方面得到更加全面的提升。届时台达伺服将全面满足中国各行业的需求，预计可适应国内99%的市场需求。
刘岸先生：数控机床的使用性能在提升，向着高精度、高效率迈进，机床的高速加工对担任动力源的伺服电机同样也提出了高速、高可靠性的要求。传统意义上的电机随着发展越来越满足不了要求，作为SNMA伺服电机在提高零部件的优化设计与加工精度，有效解决动态快速响应和高速振动的同时，还应在配合驱动器智能化、复合化、环保化方面发展自身的潜力，比如环保方面的高效率，低噪声等。
大多数伺服电机解决的是高精度快速响应等功能，尤其在机床行业里是这样，但在注塑机、压延机、染整机、纵剪机等行业，需要的是低速大扭矩及高精度的速度控制，这些行业里往往需要的电机功率很大，基本上在30kW以上最大甚至到160kW，传统意义上的低惯量高精度伺服电机已不太适合，作为SNMA伺服电机的生产厂家，我们在电磁设计、结构设计上突破传统的理念及束缚，采用大框号、强过载、低温升设计方案及双闭环控制方案，使以上领域要求的伺服控制得到满足。
直接驱动技术满足对精度和快速性的要求
陈志彤先生：现代数控系统(如数控机床和数控加工中心等)向着高速、高精度方向发展，如为了缩短辅助操作时间、提高生产率，伺服轴的移动速度要求超过120 m/min；正在研制的超高精度镜面铣削加工中心，要求位置分辨率为1nm；数控磨齿机的分度精度要求小于0.1?；惯导测试设备要求位置分辨率小于0.001?等等。这样高的精度，常规的旋转伺服电机+机械执行机构(减速箱或滚珠丝杆付等)的传动技术不可能达到。因为机械执行机构和联轴器的误差、间隙和柔性，使伺服轴产生成带状分布的运动误差和失动，而不是一个恒值，严重影响伺服轴的运动精度和系统快速性。
陈志彤先生
Danaher Motion China应用工程师
在数控技术上提高伺服轴运动精度的常规做法有两种：半闭环控制（位置反馈取至伺服电机轴端）加存储式补偿（间隙补偿和螺距误差补偿）和全闭环控制（位置反馈取至伺服机械执行机构末端）。
半闭环控制加存储式补偿只能补偿带状分布误差带中的恒定部分，即丝杠螺距误差和传动间隙（故称这种补偿为螺距误差补偿和间隙补偿），不能满足高精度数控系统的精度要求。
全闭环控制将伺服机构置于闭环控制之中，使由它们产生的误差得到闭环补偿。但要取得好的控制效果，要求高的位置环增益；而伺服机构、联轴器的误差、间隙和柔性，使得系统难以得到很高的位置环增益，补偿效果仍不理想，不能满足超高速、超高精度数控系统的精度和快速性要求。
只有去掉机械传输等伺服执行机构，伺服电机直接耦合或融入到负载上，即直接驱动技术，才能消除间隙、柔性和其他与机械传送相关的问题，以满足超高精度的数控系统对精度和快速性的要求。
直接驱动技术有旋转运动和直接运动两种基本方式。直接驱动旋转轴(A、B、C轴)的伺服电机称为直接驱动旋转(DDR)电机，通常要求低转速、大扭矩、转角高分辨率。DDR电机与负载的连接有两种方式（无需联轴器）：一种是带有中空轴的有框架DDR电机，负载轴直接插入电机的中空轴；另一种是无框架（分装式）DDR电机，定子安装在负载的框架上，转子直接安装在负载轴上，将电机转子成为负载的一部分，可以为用户提供十分紧凑的机械设计解决方案。
直接驱动数控系统直线轴（X、Y、Z轴）的伺服电机称为直接驱动直线（DDL）电机，直线电机主要由以下几部分组成：线圈总成（通常是动子），永磁体总成（通常是静子）和直线编码器以及直线导轨、轴承等框架设计的机械结构等。直线电机的特点是：负载与电机动子紧密地结合成一体，系统高刚度、高动态性能，工作平稳，定位精度高，调速范围宽，调整简单：只需要调整无框架直线电机线圈与磁体之间的气隙。
DDR和DDL直接驱动的特点包括低转速/大扭矩，免维护，零间隙，高刚度（低柔性），极好的伺服性能，具有较大的加/减速负载的能力，极好的低速和高速性能，极高的精度，紧凑/坚实的外形，静音运行。
在实际应用中，有高速、超精度要求的伺服轴可以采用直接驱动技术，而其他轴仍采用常规伺服或步进电机技术，即所谓“混合驱动”模式。
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引用 grz 2007/6/28 9:57:30 发表于2楼的内容
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引用 匿名 2007/8/6 17:31:58 发表于3楼的内容
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szzunzheng 发表于 2007/8/7 12:50:00
4楼 回复本楼
引用 szzunzheng 2007/8/7 12:50:00 发表于4楼的内容
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引用 钟灵山 2007/8/8 8:13:41 发表于5楼的内容