伺服驱动控制:交流伺服技术，可以提高生产效率，能源效率的技术

与许多类型的电子和电气设备一样，交流伺服制造技术的趋势一直朝着“更小、更快、更好”的方向发展，在可预见的未来，这种趋势将继续下去。从交流伺服系统的出现，制造商一直专注于开发高速、高精度的放大器，封装在最紧凑的空间中。近年来，对于原始设备制造商(oem)和最终用户来说，与能源管理、网络、预防性和预测性维护以及操作员安全相关的特性和功能的重要性正在稳步上升，因为他们继续利用交流伺服技术来提高生产力，同时减少操作中的浪费和低效率。

如今，在智能手机和医疗设备制造等大型市场增长领域，新的应用和机会正在将交流伺服制造商推向极限。伺服制造商必须继续寻找新的方法来创新，并在使用现有技术的同时，通过新产品开发提供更高的生产力和性能。交流伺服设计和制造的四个关键趋势——半导体设计的改进、算法、机器特性的监测和估计以及碳化硅功率模块——正在提高制造和工厂运营的性能水平和生产力。

半导体制造

内部中央处理器(cpu)和专用集成电路(asic)是驱动交流伺服技术和性能的引擎。交流伺服系统的速度、处理能力和响应时间是在制造操作中实现卓越性能、生产率提高和吞吐量的关键因素。在速度、准确度和精确度方面的巨大飞跃，部分要归功于新的半导体制造技术的进步，或者是由于这些技术的进步而成为可能。

其中的进步是片上系统(SoC)，其中CPU和ASIC被组合成一个集成芯片，为交流伺服设计人员提供了两个主要好处。CPU和ASIC集成将使用的组件数量减少了一半，并提供了一个更小的整体放大器包。由于这个原因，一些交流伺服制造商正在远离封装系统(SiP)配置，其中CPU和ASIC位于一个印刷电路板上，而转向SoC配置。

采用SoC配置的伺服制造商将显著提高处理速度和精度，并减少交流伺服包的占地面积。节省空间可以省钱。

控制理论

现代控制算法是基于经典的PID理论，自伺服控制算法诞生以来一直是其核心。不断加入新的控制技术，以提高控制算法的智能，提供先进的功能和操作。最近，交流伺服制造商开始使用像前馈控制这样的新技术来运行他们的伺服控制算法。伺服制造商也加入了振动抑制控制和干扰控制功能，以测量摩擦由于机器的响应和其他先进的能力。在伺服控制算法中使用这些新的计算和技术极大地缩短了周期时间。虽然控制理论的讨论在技术上可能比大多数OEM设计师想要知道或能够理解的要复杂得多，但“现实世界”的好处是可以更快地进行系统调优和设置，从而降低人工成本。

机器特点:监控、估算

几年前，大多数交流伺服制造商主要关注机器的电机性能，但由于更快和更智能的cpu，今天先进的交流伺服系统现在可以监测和估计机器的特性，因为机器随着时间的推移而老化。从输入和输出之间的关系估计负载惯性就是一个例子。这可以很容易地调整和纠正一对增益参数。这些信息对于建立预测性和预防性维护计划很有价值，可以帮助机器保持在最高性能水平的生产状态。

随着新一代cpu的最新发展，与上一代放大器相比，伺服制造商可以精确控制机器的惯性不匹配和振动频率。随着时间的推移，每台机器的性能都会开始受到正常运行、磨损和振动的影响。通过调整一些增益参数并应用机器谐振滤波器和/或振动抑制滤波器，最终用户可以将机器调回最初安装在运行第一天的水平。

从本质上讲，这种改进的机器特性估计可以帮助用户保持设备的日常峰值性能水平，降低总运营成本(TCO)并最大限度地提高整体设备效率(OEE)，因为机器的寿命将由于更有效的维护、服务和生产计划而延长。

碳化硅电源模块

功率器件广泛应用于家电、轨道车、工业设备和汽车等领域的电机控制和功率转换装置。虽然硅(Si)历来是主要使用的材料，但碳化硅(SiC)作为近年来提高节能和降低温度操作的下一代材料引起了相当大的兴趣。这种兴趣是基于碳化硅表现出的出色的低损耗特性，它提高了功率转换效率，有助于减少二氧化碳排放，并有可能帮助减少各种设备的尺寸和重量。

所有交流伺服制造商都面临着类似的挑战，即处理使用隔离栅双极晶体管(IGBT)智能电源模块所产生的能量损失和高热。现在随着新型碳化硅材料的出现，伺服系统在不久的将来可以变得更加紧凑和节能。

这四个趋势在今天是至关重要的，但明天交流伺服制造商将继续寻找新的方法来创新和改进他们的伺服产品设计，以服务于“更小、更快、更好”的市场需求。更小，更紧凑的节能伺服，更快的响应时间，速度，更高的精度，动态智能和先进的功能将继续产生。

- Sunny Ainapure是三菱电机自动化公司交流伺服系统的高级产品经理。由CFE Media内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程、mhoske@cfemedia.com。

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