交流伺服系统在国内行业中的应用与研发意义

现代交流伺服系统最早被应用到宇航和军事领域，比如火炮、雷达控制，逐渐进入到工业领域和民用领域。工业应用主要包括高准确度数控机床、机器人和其他广义的数控机械、比如纺织机械、印刷机械、包装机械、医疗设备、半导体设备、邮政机械、冶金机械、自动化流水线以及各种专用设备等。其中伺服用量最大的行业依次是：机床、食品包装、纺织、电子半导体、塑料、印刷和橡胶机械，合计超过75%。

20世纪90年代以来，在数控领域，欧美日各国争相开发应用新一代高速数控机床，高速电主轴单元转速在30000～100000r/min，工作台的进给速度在分辨率为1μm时达到100m/min，甚至200m/min以上，在分辨率为0.1μm时，达到24m/min以上。当今数控机床突出高转速、高准确度、高动态和高刚性的特点，对位置系统的要求包括：定位速度和轮廓切削进给速度；定位准确度和轮廓切削准确度；在外界干扰下的稳定性。能否满足这些要求主要取决于伺服系统的静态和动态特性。我们已经看到的国产伺服系统，比如广州数控的产品在经济型数控机床上的广泛应用，但是在中高档数控机床上采用国产伺服系统仍然面临困难，性能是一个重要方面，还有就是稳定性和可靠性，或许品牌效应也是难以在短时间内逾越的障碍。

在机器人领域，永磁无刷伺服系统得到大量应用。工业机器人拥有多个自由度，每台工业机器人需要的电动机数量在10台以上。目前世界范围内工业机器人拥有量超过100万台，机器人的需求量年增长率在30%以上。国际上工业机器人采用的伺服系统属于专用系统，多轴合一、模块化、特殊的散热结构、特殊的控制方式以及对可靠性要求极高。国际机器人巨头都有自己的专属伺服系统配套，比如安川、松下和ABB公司。国产工业机器人厂商仍然在采用标准的进口交流伺服系统，想进入工业机器人配套领域，就更加遥远。不过，我们也看到在一些特殊机器人领域，比如反恐防爆机器人、矿井救灾机器人等轻便移动机器人获得了成功。当然，在更广泛的机器人领域，需要的不仅仅是交流伺服电动机，还包括各种其他微特电动机，如直线电动机、力矩电动机等。

纺织行业当前应用伺服系统的比例很低，但却是未来交流伺服系统大批量应用的重要行业之一。从20世纪90年代初期至今已经过20多年，纺织行业技术进步主要是依靠变频化和可编程序控制器（PLC）化。只有少量纺织机械采用了高档伺服技术，用于提高准确度和效率。无梭织机和印染设备上用到了伺服系统，这些设备每年的伺服系统用量约为2～3万套，且几乎全部是进口产品。国产产品虽然价格上有一定优势，但是性能指标、可靠性和环境适应性等方面存在欠缺，还需要不断改进。值得高兴的是，我们在工业缝纫机上看到了国产伺服系统成功的应用案例。近10年，国产伺服控制器逐渐取代台湾和其他进口品牌，在缝纫机市场成为主流，凭借其低成本的电动机，简单的低线数编码器，以及集成控制和驱动，同时解决了批量稳定性，像上海鲍麦克斯这样的国内品牌获得了成功，每年达到数十万台的产量。(www.xing528.com)

无轴（电子轴）传动技术在印刷机上应用，也是目前全球印刷企业和机械制造厂商的焦点。无轴传动就是用多个单独的伺服电动机取代传统的机械传动链，伺服驱动器之间依靠高速现场总线进行联系，通过软件保证各伺服轴对内部的虚拟数字电子轴保持严格同步。采用无轴传动技术为印刷机的生产制造、为印刷业服务革命带来了最佳解决方案，目前欧洲50%的凹印机采用了无轴技术，日本也有30%以上采用。其他采用无轴传动的机械包括卷筒纸印刷机、柔印机、上光机、烫金机和模切机等各类印刷设备。国内目前仅有北人和松德等个别厂商进行无轴传动印刷机的开发，部分规格的性能指标接近国际水平。国产伺服和控制系统要达到这个领域的要求，看来还有漫长的路要走。

包装设备上，采用伺服控制可以提高单位时间的产量、提高资源利用率、增加品种适应性和提高产品质量，因此交流伺服系统在包装机械上的广泛使用只是时间问题。采用数字伺服技术的电子齿轮和电子凸轮将代替传统机械部件，随着价格的下降，成本也逐渐接近纯机械的方案。

总之，对我国来说，永磁同步电动机有很好的应用前景。充分发挥我国稀土资源丰富的优势，大力研究和推广应用以稀土永磁电动机为代表的各种永磁电动机及伺服系统，对实现我国社会主义现代化具有重要的理论意义和实用价值。