隨著近年國內(nèi)工業(yè)自動化市場的迅猛發(fā)展，市場需求變化帶來的壓力促使伺服、運動控制廠商亟需提升技術研發(fā)能力，以適應中國智能制造的發(fā)展要求。本刊特別整理出深圳市匯川技術股份有限公司先進制造行業(yè)群總工張志軍在“2017智能制造&中國運動控制行業(yè)發(fā)展高峰論壇”的現(xiàn)場發(fā)言，分享他對于現(xiàn)階段中國運動控制行業(yè)技術發(fā)展狀況的看法，以及如何提升伺服系統(tǒng)的關鍵性能指標。

運動控制領域的范疇很廣，它不僅僅只是一個伺服系統(tǒng)，也不僅僅只包含一個PLC控制系統(tǒng)。運動控制是一個有機的整體系統(tǒng)，它包括作為執(zhí)行機構的伺服系統(tǒng)、上位機、控制器、減速機等等部件，形成了一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

認真專研核心技術是關鍵

過去，在運動控制領域，中國企業(yè)大多缺乏核心技術，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，這是中國制造企業(yè)之“殤”，也是大家共同努力追求的目標。只有真正擁有自己的核心競爭力，才能讓企業(yè)立于不敗之地，為“中國制造2025”發(fā)展規(guī)劃做貢獻，同時也能提升整體產(chǎn)業(yè)價值。

以匯川的發(fā)展歷程為例，早期匯川是以變頻技術為核心，從2007、2008年起，公司開始研發(fā)伺服系統(tǒng)，直到2011年才取得了一系列的技術突破，其中，這些技術涉及多個方面，如電子技術、驅(qū)動技術、伺服控制技術和編碼器細分技術等等，可以說，這是一條非常艱辛的道路。2010年開始匯川進入總線技術的研發(fā)，2012年匯川開始研究機器人系統(tǒng)。因此，從技術發(fā)展上說，匯川的整個技術路線是構建在電力電子技術基礎之上，充分利用伺服控制技術、總線控制技術，結合未來的機器人結構運動控制技術，從而形成了企業(yè)自身較為完整的運動控制產(chǎn)品線。

而從整體系統(tǒng)的角度來看，在國內(nèi)眾多廠商（控制層、伺服層、信息層等）的共同努力下，目前國內(nèi)運動控制產(chǎn)業(yè)也已基本形成了相對較完整的拓撲結構，產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了長足的進步，邁出了堅實的一步。

在核心技術方面，中國企業(yè)應更多地關注新型器件和新技術的發(fā)展動向，逐步接近國際領先水平，甚至可以在某些局部環(huán)節(jié)上實現(xiàn)突破。例如：控制系統(tǒng)的發(fā)展主要是構建以EtherCAT控制系統(tǒng)為核心的網(wǎng)絡控制器，以適應未來網(wǎng)絡化工業(yè)生產(chǎn)模式；還有針對直線電機、DD馬達的開發(fā)，這些技術屬于精密工業(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，需要中國廠商好好學習，認真專研，逐步拉近與國外企業(yè)的技術差距。

目前匯川的研發(fā)中心有三個：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4個億。匯川在工業(yè)自動化領域主要涉及伺服系統(tǒng)、變頻器、大傳動、PLC、編碼器、工業(yè)視覺、工業(yè)機器人等產(chǎn)品，服務于工業(yè)自動化、新能源汽車、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、軌道交通、工業(yè)機器人等多個產(chǎn)業(yè)領域。匯川伺服驅(qū)動系統(tǒng)平臺現(xiàn)已掌握伺服的性能算法、EtherCAT總線、CANoepn總線、電機電磁設計及工藝設計能力，以及編碼器設計制造能力等核心技術，且具備完全的自主知識產(chǎn)權，產(chǎn)品已開始進入第三代的研發(fā)之中。

伺服系統(tǒng)核心技術指標

伺服系統(tǒng)核心技術指標分析

從控制和執(zhí)行機構的角度來看，易用性、安全性、響應性、實時總線、編碼器精度/分辨率、轉(zhuǎn)矩波動是伺服系統(tǒng)的核心技術指標，也是現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新要求。響應性涉及的核心技術有：三環(huán)算法、硬件實現(xiàn)方案，匯川開發(fā)的伺服系統(tǒng)應用于LED固晶機可實現(xiàn)1小時往復40000次，定位時間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有：編碼器細分技術，例如車銑復合機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；國內(nèi)首次實現(xiàn)編碼器分辨率23bit的同時，精度達到20角秒以內(nèi)。低轉(zhuǎn)矩波動涉及的核心技術有：伺服電機電磁設計技術，如雕銑、雕刻、車銑復合對工件表面刀紋要求很高，對伺服的速度波動提出了嚴格要求，匯川伺服電機目前轉(zhuǎn)矩波動可小于0.5%。

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

安全性核心技術點有：STO功能軟硬件實現(xiàn)能力，STO（safetorqueoff）功能以及其他飛車、短路、過壓等保護功能對伺服安全使用至關重要，尤其在當前人機協(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。

在對伺服系統(tǒng)核心技術的開發(fā)中，有一些國際先進品牌的技術值得國內(nèi)企業(yè)借鑒學習，但不能只是簡單地拆開來“抄一抄”別人的設計，而是需要大家靜下心來研究一下為什么這些公司要這樣設計？例如，目前國內(nèi)電機設計是瓶頸之一，如何提升電機產(chǎn)品的設計水平是關鍵。另外，在實時總線系統(tǒng)的開發(fā)上，必須建立在對操作系統(tǒng)的理解基礎之上，需要認真研究Windows、Linux等操作系統(tǒng)?？傊?，冰凍三尺非一日之寒，任何技術創(chuàng)新都是企業(yè)長期積累的成果，需要更多產(chǎn)業(yè)人士腳踏實地，積極探索突破伺服、運動控制核心技術。