腳踏實(shí)地，探索突破伺服、運(yùn)動(dòng)控制核心技術(shù)

    隨著近年國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，市場(chǎng)需求變化帶來(lái)的壓力促使伺服、運(yùn)動(dòng)控制廠商亟需提升技術(shù)研發(fā)能力，以適應(yīng)中國(guó)智能制造的發(fā)展要求。本刊特別整理出深圳市匯川技術(shù)股份有限公司先進(jìn)制造行業(yè)群總工張志軍在“2017智能制造&中國(guó)運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)發(fā)展高峰論壇”的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)言，分享他對(duì)于現(xiàn)階段中國(guó)運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r的看法，以及如何提升伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。

    運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的范疇很廣，它不僅僅只是一個(gè)伺服系統(tǒng)，也不僅僅只包含一個(gè)PLC控制系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)控制是一個(gè)有機(jī)的整體系統(tǒng)，它包括作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服系統(tǒng)、上位機(jī)、控制器、減速機(jī)等等部件，形成了一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

認(rèn)真專研核心技術(shù)是關(guān)鍵

    過(guò)去，在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，中國(guó)企業(yè)大多缺乏核心技術(shù)，各家廠商都在致力于解決工業(yè)制造中所遇到的各種難題，這是中國(guó)制造企業(yè)之“殤”，也是大家共同努力追求的目標(biāo)。只有真正擁有自己的核心競(jìng)爭(zhēng)力，才能讓企業(yè)立于不敗之地，為“中國(guó)制造2025”發(fā)展規(guī)劃做貢獻(xiàn)，同時(shí)也能提升整體產(chǎn)業(yè)價(jià)值。

    以匯川的發(fā)展歷程為例，早期匯川是以變頻技術(shù)為核心，從2007、2008年起，公司開(kāi)始研發(fā)伺服系統(tǒng)，直到2011年才取得了一系列的技術(shù)突破，其中，這些技術(shù)涉及多個(gè)方面，如電子技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、伺服控制技術(shù)和編碼器細(xì)分技術(shù)等等，可以說(shuō)，這是一條非常艱辛的道路。2010年開(kāi)始匯川進(jìn)入總線技術(shù)的研發(fā)，2012年匯川開(kāi)始研究機(jī)器人系統(tǒng)。因此，從技術(shù)發(fā)展上說(shuō)，匯川的整個(gè)技術(shù)路線是構(gòu)建在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)之上，充分利用伺服控制技術(shù)、總線控制技術(shù)，結(jié)合未來(lái)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，從而形成了企業(yè)自身較為完整的運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品線。

    而從整體系統(tǒng)的角度來(lái)看，在國(guó)內(nèi)眾多廠商（控制層、伺服層、信息層等）的共同努力下，目前國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)業(yè)也已基本形成了相對(duì)較完整的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

在核心技術(shù)方面，中國(guó)企業(yè)應(yīng)更多地關(guān)注新型器件和新技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，逐步接近國(guó)際領(lǐng)先水平，甚至可以在某些局部環(huán)節(jié)上實(shí)現(xiàn)突破。例如：控制系統(tǒng)的發(fā)展主要是構(gòu)建以EtherCAT控制系統(tǒng)為核心的網(wǎng)絡(luò)控制器，以適應(yīng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)生產(chǎn)模式；還有針對(duì)直線電機(jī)、DD馬達(dá)的開(kāi)發(fā)，這些技術(shù)屬于精密工業(yè)的核心部件之一，目前階段基本被歐美、日本的部分公司所壟斷，需要中國(guó)廠商好好學(xué)習(xí)，認(rèn)真專研，逐步拉近與國(guó)外企業(yè)的技術(shù)差距。

    目前匯川的研發(fā)中心有三個(gè)：深圳、蘇州、意大利米蘭，每年企業(yè)都把10%的銷售額投入到研發(fā)中去，到2016年企業(yè)的研發(fā)投入已超過(guò)4個(gè)億。匯川在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域主要涉及伺服系統(tǒng)、變頻器、大傳動(dòng)、PLC、編碼器、工業(yè)視覺(jué)、工業(yè)機(jī)器人等產(chǎn)品，服務(wù)于工業(yè)自動(dòng)化、新能源汽車、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、軌道交通、工業(yè)機(jī)器人等多個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。匯川伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)平臺(tái)現(xiàn)已掌握伺服的性能算法、EtherCAT總線、CANoepn總線、電機(jī)電磁設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)能力，以及編碼器設(shè)計(jì)制造能力等核心技術(shù)，且具備完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品已開(kāi)始進(jìn)入第三代的研發(fā)之中。

伺服系統(tǒng)核心技術(shù)指標(biāo)

伺服系統(tǒng)核心技術(shù)指標(biāo)分析

    從控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角度來(lái)看，易用性、安全性、響應(yīng)性、實(shí)時(shí)總線、編碼器精度/分辨率、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是伺服系統(tǒng)的核心技術(shù)指標(biāo)，也是現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新要求。響應(yīng)性涉及的核心技術(shù)有：三環(huán)算法、硬件實(shí)現(xiàn)方案，匯川開(kāi)發(fā)的伺服系統(tǒng)應(yīng)用于LED固晶機(jī)可實(shí)現(xiàn)1小時(shí)往復(fù)40000次，定位時(shí)間5ms；SV820產(chǎn)品電流環(huán)刷新周期625K，超越日系伺服。編碼器分辨率/精度涉及的核心技術(shù)有：編碼器細(xì)分技術(shù)，例如車銑復(fù)合機(jī)床主軸定位精度要求小于40角秒，以滿足零件加工位置誤差的要求；國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)編碼器分辨率23bit的同時(shí)，精度達(dá)到20角秒以內(nèi)。低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)涉及的核心技術(shù)有：伺服電機(jī)電磁設(shè)計(jì)技術(shù)，如雕銑、雕刻、車銑復(fù)合對(duì)工件表面刀紋要求很高，對(duì)伺服的速度波動(dòng)提出了嚴(yán)格要求，匯川伺服電機(jī)目前轉(zhuǎn)矩波動(dòng)可小于0.5%。

    高速實(shí)時(shí)總線涉及的核心技術(shù)有：總線同步技術(shù)。在印刷、鋰電、LED、高端的電子設(shè)備、機(jī)床這種多軸、多軸插補(bǔ)、對(duì)生產(chǎn)的速率或者精度要求很高的現(xiàn)場(chǎng)，一般速度與實(shí)時(shí)性不夠好的總線是無(wú)法滿足需求的。匯川伺服目前支持100M高速實(shí)時(shí)EtherCAT總線，深度融合搭配倍福、歐姆龍控制器，目前年從站節(jié)點(diǎn)增長(zhǎng)30000個(gè)。易用性核心技術(shù)包括在對(duì)機(jī)電系統(tǒng)了解基礎(chǔ)上的功能算法，如自整定、在線慣量辨識(shí)、在線共振點(diǎn)辨識(shí)、低頻震動(dòng)抑制等功能，可大幅降低調(diào)試工作量，提高伺服的適應(yīng)性與易用性。匯川伺服目前可以實(shí)現(xiàn)在線慣量辨識(shí)、在線共振點(diǎn)辨識(shí)、低頻震動(dòng)抑制、模型跟蹤、轉(zhuǎn)矩觀測(cè)及一鍵式剛性調(diào)整。

    安全性核心技術(shù)點(diǎn)有：STO功能軟硬件實(shí)現(xiàn)能力，STO（safetorqueoff）功能以及其他飛車、短路、過(guò)壓等保護(hù)功能對(duì)伺服安全使用至關(guān)重要，尤其在當(dāng)前人機(jī)協(xié)作日益增多的情況下，STO功能變得必不可少。匯川伺服SV820系列可滿足STOSIL3等級(jí)。

在對(duì)伺服系統(tǒng)核心技術(shù)的開(kāi)發(fā)中，有一些國(guó)際先進(jìn)品牌的技術(shù)值得國(guó)內(nèi)企業(yè)借鑒學(xué)習(xí)，但不能只是簡(jiǎn)單地拆開(kāi)來(lái)“抄一抄”別人的設(shè)計(jì)，而是需要大家靜下心來(lái)研究一下為什么這些公司要這樣設(shè)計(jì)？例如，目前國(guó)內(nèi)電機(jī)設(shè)計(jì)是瓶頸之一，如何提升電機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平是關(guān)鍵。另外，在實(shí)時(shí)總線系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)上，必須建立在對(duì)操作系統(tǒng)的理解基礎(chǔ)之上，需要認(rèn)真研究Windows、Linux等操作系統(tǒng)。總之，冰凍三尺非一日之寒，任何技術(shù)創(chuàng)新都是企業(yè)長(zhǎng)期積累的成果，需要更多產(chǎn)業(yè)人士腳踏實(shí)地，積極探索突破伺服、運(yùn)動(dòng)控制核心技術(shù)。