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伺服驱动器市场分析:广泛应用于工业机器人及数控加工中心等自动化设备中

2023年05月25日

  伺服驱动器(servo drives)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马达,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,是传动技术的高端产品。

  目前,工业伺服驱动及控制系统正朝着数字化、微型化、智能化及高性能化的方向发展,并主要表现在以下方面:

  1、交流伺服控制技术

  交流伺服控制技术将成为工业伺服驱动及控制系统的主要发展方向,并朝着高性能、全数字化、智能化和软件化的方向发展,该类型的伺服系统包含速度环控制、位置环控制和电流环控制三大系统,并且可通过应用软件完成内部通信,其将成为交流伺服系统发展的主流方向。

  2、智能功率集成电路

  工业伺服系统中使用的电力电子设备将继续向高频发展,智能功率集成电路将进一步得到广泛应用,由于集成电路具备面积小、可靠性高、容易集成和使用寿命长等优点,可以把传统的控制器等难以精确控制的模块使用集成电路的方式实现,采用数字与模拟相结合的方法进一步提高其精度及整个系统的稳定性。

  伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分,被广泛应用于工业机器人及数控加工中心等自动化设备中。尤其是应用于控制交流永磁同步电机的伺服驱动器已经成为国内外研究热点。当前交流伺服驱动器设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度、位置三闭环控制算法。该算法中速度闭环设计合理与否,对于整个伺服控制系统,特别是速度控制性能的发挥起到关键作用。

  在伺服驱动器速度闭环中,电机转子实时速度测量精度对于改善速度环的转速控制动静态特性至关重要。为寻求测量精度与系统成本的平衡,一般采用增量式光电编码器作为测速传感器,与其对应的常用测速方法为M/T测速法。M/T测速法虽然具有一定的测量精度和较宽的测量范围,但这种方法有其固有的缺陷,主要包括:1)测速周期内必须检测到至少一个完整的码盘脉冲,限制了最低可测转速;2)用于测速的2个控制系统定时器开关难以严格保持同步,在速度变化较大的测量场合中无法保证测速精度。因此应用该测速法的传统速度环设计方案难以提高伺服驱动器速度跟随与控制性能。

  据杭州中经智盛市场研究有限公司发布的《2022-2026年伺服驱动器市场现状调查及发展前景分析报告》显示:伺服驱动及控制系统主要由伺服驱动器、伺服电机、编码器三部分组成。伺服驱动器负责将从控制器接收到的信息分解为单个自由度系统可执行的命令,再传递给执行机构(伺服电机);伺服电机将收到的电流信号转化为转矩和转速以驱动控制对象,实现每一个关节角度、角速度和关节转矩的控制;编码器作为伺服系统的反馈装置,很大程度上决定伺服系统精度。编码器安装在伺服电机上,与电机同步旋转,转动的同时将编码信号送回控制器,控制器据以判断伺服电机的转向、转速、位置信息。

   伺服系统按照执行元件的不同可分为液压伺服系统、电气伺服系统以及气动伺服系统,目前应用最为广泛的是电气伺服系统。电气伺服系统又可进一步分为直流伺服系统和交流伺服系统。其中,直流伺服电机可实现精确和快速的启动或停止功能,故多用于能通过微控制器或计算机控制的装备上。交流伺服电机包含编码器,与控制器一起提供闭环控制和反馈,其工作电压更高、扭矩更大、精度更高,主要运用于机器人、自动化装备等机械设备上。

   伺服驱动器广泛应用于国民经济的各个领域,例如建材、造纸、机床、电梯、化工、冶金、煤炭、纺织机械、塑料机械、印刷机械、包装机械、食品饮料机械等多个传统领域,以及电子制造设备、工业机器人等新兴产业领域。此外,工业伺服驱动及控制系统领域的自动化产品也在城市轨道交通、电动汽车、新能源发电等新兴领域得到广泛应用,其不仅有效满足新兴产业扩张产生的市场增量需求,也随着传统产业的发展与更新持续对接市场存量需求。


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