近十年来,永磁同步动机性能快速提高,与感应电动机和普通同步电动机相比,其控制简单、良好的低速运行性能及较高的等优点使得永磁无刷同步电动机逐渐成为伺服系统执行电动机的主流。尤其是在高精度、高性能要求的中小功率伺服领域。而交流异步伺服系统仍主要集中在性能要求不高的、大功率伺服领域。
伺服电机自身是具有一定的非线性、强耦合性及时变性的“系统”,同时伺服对象也存在较强的不确定性和非线性,加之系统运行时受到不同程度的干扰,因此按常规控制策略很难满足高性能伺服系统的控制要求。为此,如何结合控制理论新的发展,引进一些的“复合型控制策略”以改进“控制器”性能是当前发展高性能伺服系统的一个主要“突破口”。
自20世纪80年代后期以来,随着现代工业的快速发展,对作为工业设备的重要驱动源的伺服系统提出了越来越高的要求,研究和发展高性能伺服系统成为国内外同仁的共识。有些努力已经取得了很大的成果,“硬形式”上存在包括提高制作电机材料的性能,改进电机结构,提高逆变器和检测元件性能、精度等研究方向和努力。“软形式”上存在从控制策略的角度着手提高伺服系统性能的研究和探索。如采用“卡尔曼滤波法”估计转子转速和位置的“无速度传感器化”;采用高性能的永磁材料和加工技术改进PMSM转子结构和性能,以通过消除/削弱因齿槽转矩所造成的PMSM转矩脉动对系统性能的影响;采用基于现代控制理论为基础的具有将强鲁棒性的滑模控制策略以提高系统对参数摄动的自适应能力;在传统PID控制基础上进入非线性和自适应设计方法以提高系统对非线性负载类的调节和自适应能力;基于智能控制的电机参数和模型识别,以及负载特性识别。
对于发展高性能伺服系统来说,由于在一定条件下,作为“硬形式”存在的伺服电机、逆变器以相应反馈检测装置等性能的提高受到许多客观因数的制约;而以“软形式”存在的控制策略具有较大的柔性,近年来随着控制理论新的发展,尤其智能控制的兴起和不断成熟,加之计算机技术、微电子技术的迅猛发展,使得基于智能控制的控制策略和基于传统控制理论的传统控制策略的“集成”得以实现,并为其实际应用奠定了物质基础。
随着自动化生产需求的加速释放,全球人口红利的日渐式微,制造行业的转型升级迫在眉睫。为推动“制造大国”向“制造强国”转变,我国特别制定了“制造2025”战略计划,通过创新驱动力的不断强化,以推动智能制造领域发展的自动化、信息化升级。其中,工业机器人作为自动化发展的核心装备和硬件基础,受到了的长期关注与重视。
我国工业机器人发展提速
从2010年开始,在政策和市场的双重利好下,我国工业机器人市场就迎来了迅猛发展,不仅市场规模不断增长,市场销量同步扩张,而且市场增速和发展态势都十分强劲给力。据IFR数据统计显示,2017年我国工业机器人销量达到13.8万台,同比增长过30%。
目前,我国已经连续6年成为全球工业机器人大需求和应用市场,产品保有量远美国、英国、日本、德国等一众发达。根据现有的市场整体发展形势,业内人士预计,2018年将有过34%的工业机器人进入市场,届时国内市场销量和规模将分别来到15万台和62.3亿美元。
为推动工业机器人产业的快速发展,这些年我国政府给予了相当的政策支持,以2013年发布的《关于推动工业机器人产业发展的指导意见》为标志,政府释放的政策红利鼓励和引导了一批企业的快速崛起,让工业机器人市场迅速壮大并走向成熟。与此同时,国内企业研发投入的增加,国外企业资本布局的强化,也相应的助推我国工业机器人市场发展不断提速。
而言之,在政府、企业的共同努力之下,如今我国工业机器人的应用领域已经愈发广泛,从较为成熟的汽车、电子产业日渐扩张到了医疗、食品、建筑等更多行业。未来,随着市场发展的进一步提升,工业机器人的延伸趋势有望持续加快,并通过不断扩大的领域应用,将市场规模进行有效提升。
机器人核心部件成关键点
不过,虽然我国工业机器人的市场态势良好,发展不断提速,企业也在加速成长,但较为遗憾的是,当前我国工业机器人的发展,还面临着被国外企业所“统治”的尴尬局面。
而造成该局面的关键点,便是以伺服电机为主的核心零部件。事实上,我国在工业机器人的核心技术和关键零部件等方面,和国外巨头相比还有不小差距。
目前国内的高端市场主要被日本和欧美的企业所占据。其中,日系占据了过50%的市场份额,松下、三菱电机、安川、三洋、富士等垄断了我国中小型OEM市场,而在大型伺服市场上,西门子、博世力乐士等欧系也掌握着传统优势。
同时,在我国企业栖身的中低端市场,也正在遭受台系的入侵,它们凭借接近日系的性能和国产的,对我国企业带来强烈冲击。因此,我国要想摆脱高端产业低端化,打破国外技术垄断,实现国内工业机器人产业的真正崛起,就必须从伺服电机这一核心零部件环节率先实现突破。