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如何理解伺服驱动的智能化?

如何理解伺服驱动的智能化?

作者:
来源:
伺服与运动控制
发布时间:
2019/01/11 14:24
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  随着产线设备总体自动化水品的不断提升,我们很自然的会对运控技术提出“智能化”的需求。那么对于伺服驱动这类产品来说,怎样才算得上是智能的呢?关于这个问题,个人觉得基本上需要从以下三个方面去看。
  基础性能
  之前说过,伺服是通过使用反馈来为所需的运行操作提供控制的动力传动装置。
 
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  从目前运控行业的市场分布看,80%以上的伺服应用对驱动功率的需求都处在50w~5kW的范围内,因此,能够覆盖这样一个输出功率段,在一定程度上也就成了一款伺服驱动产品在大部分通用行业立足的一个基本条件了。
  但作为伺服运控产品,光有一定功率的驱动输出能力显然是远远不够的,它必须能够帮助自动化设备完成高精度、高动态的运动控制功能,以满足用户对产品加工速度与工艺品质越来越高的要求。而这一点,体现在具体的技术指标上,就是伺服驱动器的频率响应特性和速度环、位置环控制周期等方面的数据。
  目前市面上一些主流伺服驱动产品的频率响应已经达到了2.5~3 kHz,甚至更高。
 
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  同时我们需要看到,伺服驱动的输出必须通过伺服电机等动力执行机构才能传递到设备负载,从而实现所需的运动控制功能。但考虑到不同类型的运控应用在机械传动形式上表现出来的各种差异,用户对于伺服驱动与电机、执行机构-这两种不同学科领域产品的兼容性,也已经开始提出了越来越高的要求。因此,对于工业领域的伺服驱动器来说,在接入电机和执行机构时,除了要具备高分辨率的反馈端口以外,能够灵活适配不同类型的反馈协议,有一套健全、开放的电机参数适配和整定机制(用于连接第三方电机或特殊执行机构),也正在变得越来越重要。
 
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  另外,早前我们在谈论「工业运控产品的发展趋势」时曾经提到,伺服产品应具备更小的体积和安装尺寸,帮助用户在有限的时间和空间范围内进一步提升其系统的运控自动化水平,并降低产线设备的总体应用成本。
 
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  而这一点体现在产品的技术实现上,一方面是单台驱动器轻薄的尺寸和多台驱动器可并排、等高、无缝安装的外形设计,让伺服驱动组件在电气柜内的布局更加整齐、紧凑;另一方面,则是使用更加简化的线路连接,如:减少端口类型和数量、使用运控总线技术、采用共直流母线的电源连接方式等,帮助系统节省电气柜内接线和配电元件(如接触器、断路器等)的总体数量。
  运控特性
  在将伺服技术应用到设备机电系统的过程中,我们经常需要通过对驱动控制参数的调整和配置,让系统在运行过程中能够尽可能克服各种复杂的传动问题,例如:反向间隙、刚性不足、响应共振、负载抖动等,从而使其在现实的负载环境中获得稳定可靠的运控性能。而有经验的朋友应该都知道,这一整定过程往往是非常耗时费力的,一般意义上的自整定功能,其实早就已经不能满足广大用户的应用需求了。
 
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  因此,为了能够帮助用户在伺服系统调试的过程中,快速准确的完成运控参数的整定与配置,在伺服驱动产品内部集成一套面向各类响应特性的整定算法,就显得十分重要了。比如:
  控制环增益在线自适应:用于快速适配负载机械频率特性的变化
  自适应陷波滤波:能够帮助避免或降低负载响应的机械共振
  振动抑制:可以在负载运动过程中帮助减少因机械臂末端抖动而产生的定位误差
  ......
 
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  与此同时,在自动化设备中,多轴协同的运控应用,如:同步、插补、凸轮等,也是十分常见的。此时它们的应用性能在很大程度上是会受到系统现有电气与机械特性的制约和扰动的(如:通讯周期和机械安装间隙等)。在这种情况下,就需要系统中的每个伺服单元都具备一套合理有效的补偿算法,它应该能够基于各轴之间运控数据的实时比较,对各自的输出动作进行微调与优化,从而确保多轴系统作为一个整体能够达到更优的输出性能。
  易操作性
  在设备的运控应用中,伺服经常被认为是一种很难掌握的技术,除了有上面所说的是受到机电环境影响的因素以外,在一定程度上也与其在使用过程中繁琐复杂的操作步骤有很大关系。比如很多产品在使用时,都需要用户抱着手册边查阅边按键输入,或者背上笔记本电脑、连上数据线、打开调试软件,才能完成参数修改、故障查询、启动测试等各种应用功能的操作。
 
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  但实际上,如果能够为伺服产品开发了一套基于移动终端的调试软件(APP),用户仅通过随身携带的手机或Pad就能快速完成对伺服驱动器的参数配置、启动测试、故障诊断等应用操作,那么设备在现场的操作、运行与调试过程岂不是就变得更加简单了么?
  从上面的讨论不难看出,当下用户所需要的伺服驱动,应该已经不仅仅是一款高配置的硬件产品了,它还需要能够基于其内部集成的驱控算法和外部配套的应用软件,帮助用户快速解决自动化设备在运控应用中可能遇到的各种实际问题,例如:安装,调试,参数的配置、整定和优化等等。这样,设备用户将因其在产品应用层面各种操作流程的简化,而逐渐从繁重的体力消耗中解脱出来,并把有限的注意力集中投入到改进设备功能与提升工艺质量等更有意义的工作中去。
  这其实就是伺服技术智能化的某种体现吧。