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伺服驱动与变频等控制产品相比,其优缺点在哪?

发布时间:2012-11-15 浏览次数:333

伺服驱动器又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”,是用来控制伺服电机的一种控制器,其作用类似于变频器作用于普通交流电机,属于伺服系统的一部分,主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制,实现高精度的传动系统定位,目前是传动技术的高端产品。

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。电机起动时,起动电流和电压很高,这对电机电枢线圈不利,所以用电机启动器降低电机启动时的电流和电压。

伺服就是一个提供闭环反馈信号来控制位置和转速,伺服电机驱动器接收电机编码器的反馈信号,并和指令脉冲进行比较,从而构成了一个位置的半闭环控制,使被控系统工作在设定状态。

可以这样假设,把伺服驱动器假设为变频器,把伺服电机设为普通的异步电机即可,换言之,伺服驱动器可以根据我们的需要设定功能参数并发送给伺服电机,伺服电机就会按照伺服驱动器功能参数的设定值来进行工作,只不过伺服驱动器与伺服电机这个组合的控制精度要远大于变频器与普通电机的组合。

交流伺服的发展借鉴并应用了变频的技术,在直流电机的伺服控制的基础上通过变频PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的,也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节。与变频器一样,也是将工频交流电先整流成直流电,然后通过可控制门极的各类晶体管(IGBT,IGCT等)通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的交流电,波形类似于正余弦的脉动电。进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算,主要的一点可以进行精确的位置控制。

近年来,高端变频技术在不断发展,配合机电时间常数小的电机也能完成伺服的精确定位跟踪工程,特别是在大功率场合,伺服本身的功能就是精确快速定位跟踪,变频器做到这个程度那就是伺服了,目前从企业的发展来看,变频器厂家推出伺服产品,无论是在技术基础还是在销售渠道商都占据一定的优势,已经成为越来越多的变频器厂家的发展方向。

交流伺服借鉴并应用了变频的技术,在直流电机的伺服控制的基础上通过变频PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的,也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节。与变频器一样,也是将工频交流电先整流成直流电,然后通过可控制门极的各类晶体管(IGBT,IGCT等)通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的交流电,波形类似于正余弦的脉动电。

伺服驱动器发展了变频技术,在驱动器内部的电流环,速度环和位置环(变频器没有该环)都进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算,主要的一点可以进行精确的位置控制。


近年来,高端变频技术在不断发展,配合机电时间常数小的电机也能完成伺服的精确定位跟踪工程,特别是在大功率场合,伺服本身的功能就是精确快速定位跟踪,变频器做到这个程度那就是伺服了,目前从企业的发展来看,变频器厂家推出伺服产品,无论是在技术基础还是在销售渠道商都占据一定的优势,已经成为越来越多的变频器厂家的发展方向。

1、从应用角度而言,两者各自优势可以从速度稳定性、加载负载稳定性、控制对象上进行对比。

伺服驱动器一般控制同步电机,变频器一般控制异步电机。变频器主要功能是调速,伺服在调速、定位、精度上更高,功能也更强大。对升降速、高速启停、转矩控制要求非常高的行业与领域,伺服比变频有着明显的优势。当然,从控制原理上来讲,如果变频器匹配相应的编码器,也可以达到直流无刷矢量伺服电机的性能要求。

2、伺服驱动器分为三块,包括电源、功放以及控制部分。从控制部分来讲,伺服驱动将借助于IT行业的发展,将IT行业相应的通讯功能、参数调整、一键整定、监控等技术嫁接运用。在体积上将会越来越小,在功能上将会越来越强大,在操作上将会越来越方便。从特性上来讲,会从单惯量朝多惯量方向发展。由于用户对于性能、多种模式的要求,传统硬件实现这些功能会有一定难度,嵌入式的内部操作系统也将会成为一个重要发展方向。

电源部分与功放部分是传统的。750W以下的伺服电源盒功率都将缩小,以解决热平衡问题。国外产品已出现不少700W以下带有一体化的伺服电源。这种一体化、小型化将会成为一种重要趋势。

大功率电源现在有几种。一种是公共电源,这种适合多轴控制的电源类型有其优势。但一旦电源出现问题,多轴控制系统将无法集体运转。这是公共电源应用的致命伤。另一种是独立电源,可以互换。在运用中,要看实际情况选择适合的电源。

功放部分,现在有两种做法,一是把功放板放到控制系统上去,相对来说,此应用性能较高、但对成本要求也较高。另一种是将功放板拿下来,连同控制器都放到驱动器上,形成一体。真正高精度、采取纳米控制的驱动器会采用PAM调速控制。消耗很大,但精度很高。

根据国内现状。我的一些看法是:很多惯量不大的一些产品,还会有很大发展空间,毕竟多惯量只是一小部分。另外,国内企业想要真正发展,必须重视到工艺水平、人才的重要性。驱动器控制软件花时间花人力花成本要做好并不难,难的是最终产品做得好做得便宜又质量稳定。这些对于国产企业在工艺上、元器件选型上都有非常大的挑战,并非一朝一夕就能解决。一般中小企业也很难去投资,我所知道的一些国内在此领域有所影响的企业,大多都有学校背景,拥有一班高科技人才,并且拥有雄厚的资本积累。

  伺服驱动的另一个发展方向是差异化。进入细分行业,根据行业特点进行参数设定,开发出行业相应的伺服驱动产品将会非常有竞争力。今年特别是几年下半年,不少企业被洗牌。能保留的企业大多在差异化上有独特之处。

所以国产伺服驱动企业要发展,一方面要真正认识到工艺的难度,另一方面要进行更有力的资本积累与行业积累,开发出适合行业的驱动产品。国产伺服驱动未来与国外伺服驱动企业竞争,又必须从低端往高端发展。从这个角度而言,“内功”的扎实更重要。



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