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現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)，經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字化的轉(zhuǎn)變，數(shù)字控制環(huán)已經(jīng)無(wú)處不在，比如換相、電流、速度和位置控制；采用新型功率半導(dǎo)體器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服專(zhuān)用模塊也不足為奇。國(guó)際廠商伺服產(chǎn)品每5年就會(huì)換代，新的功率器件或模塊每2～2.5年就會(huì)更新一次，新的軟件算法則日新月異，總之產(chǎn)品生命周期越來(lái)越短?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外伺服廠家的技術(shù)路線和產(chǎn)品路線，結(jié)合市場(chǎng)需求的變化，可以看到以下一些最新發(fā)展趨勢(shì)：
高效率化
盡管這方面的工作早就在進(jìn)行，但是仍需要繼續(xù)加強(qiáng)。主要包括電機(jī)本身的高效率比如永磁材料性能的改進(jìn)和更好的磁鐵安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高效率化，包括逆變器驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)化，加減速運(yùn)動(dòng)的優(yōu)化，再生制動(dòng)和能量反饋以及更好的冷卻方式等。
直接驅(qū)動(dòng)
直接驅(qū)動(dòng)包括采用盤(pán)式電機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)和采用直線電機(jī)的線性伺服驅(qū)動(dòng)，由于消除了中間傳遞誤差，從而實(shí)現(xiàn)了高速化和高定位精度。直線電機(jī)容易改變形狀的特點(diǎn)可以使采用線性直線機(jī)構(gòu)的各種裝置實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化。
高速、高精、高性能化
采用更高精度的編碼器（每轉(zhuǎn)百萬(wàn)脈沖級(jí)），更高采樣精度和數(shù)據(jù)位數(shù)、速度更快的DSP，無(wú)齒槽效應(yīng)的高性能旋轉(zhuǎn)電機(jī)、直線電機(jī)，以及應(yīng)用自適應(yīng)、人工智能等各種現(xiàn)代控制策略，不斷將伺服系統(tǒng)的指標(biāo)提高。
一體化和集成化
電動(dòng)機(jī)、反饋、控制、驅(qū)動(dòng)、通訊的縱向一體化成為當(dāng)前小功率伺服系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。有時(shí)我們稱(chēng)這種集成了驅(qū)動(dòng)和通訊的電機(jī)叫智能化電機(jī)（SmartMotor），有時(shí)我們把集成了運(yùn)動(dòng)控制和通訊的驅(qū)動(dòng)器叫智能化伺服驅(qū)動(dòng)器。電機(jī)、驅(qū)動(dòng)和控制的集成使三者從設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)行、維護(hù)都更緊密地融為一體。但是這種方式面臨更大的技術(shù)挑戰(zhàn)（如可靠性）和工程師使用習(xí)慣的挑戰(zhàn)，因此很難成為主流，在整個(gè)伺服市場(chǎng)中是一個(gè)很小的有特色的部分。
通用化
通用型驅(qū)動(dòng)器配置有大量的參數(shù)和豐富的菜單功能，便于用戶(hù)在不改變硬件配置的條件下,方便地設(shè)置成V/F控制、無(wú)速度傳感器開(kāi)環(huán)矢量控制、閉環(huán)磁通矢量控制、永磁無(wú)刷交流伺服電動(dòng)機(jī)控制及再生單元等五種工作方式，適用于各種場(chǎng)合，可以驅(qū)動(dòng)不同類(lèi)型的電機(jī)，比如異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)，也可以適應(yīng)不同的傳感器類(lèi)型甚至無(wú)位置傳感器。可以使用電機(jī)本身配置的反饋構(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng)，也可以通過(guò)接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構(gòu)成高精度全閉環(huán)控制系統(tǒng)。
智能化
現(xiàn)代交流伺服驅(qū)動(dòng)器都具備參數(shù)記憶、故障自診斷和分析功能，絕大多數(shù)進(jìn)口驅(qū)動(dòng)器都具備負(fù)載慣量測(cè)定和自動(dòng)增益調(diào)整功能，有的可以自動(dòng)辨識(shí)電機(jī)的參數(shù)，自動(dòng)測(cè)定編碼器零位，有些則能自動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)抑止。將電子齒輪、電子凸輪、同步跟蹤、插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)等控制功能和驅(qū)動(dòng)結(jié)合在一起，對(duì)于伺服用戶(hù)來(lái)說(shuō)，則提供了更好的體驗(yàn)。
網(wǎng)絡(luò)化和模塊化
將現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、甚至無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成到伺服驅(qū)動(dòng)器當(dāng)中，已經(jīng)成為歐洲和美國(guó)廠商的常用做法。現(xiàn)代工業(yè)局域網(wǎng)發(fā)展的重要方向和各種總線標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)就是如何適應(yīng)高性能運(yùn)動(dòng)控制對(duì)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性、可靠性、同步性的要求。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)大規(guī)模分布式控制裝置的需求上升，高檔數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成功，網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字伺服的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。模塊化不僅指伺服驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊、再生制動(dòng)模塊、通訊模塊之間的組合方式，而且指伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部軟件和硬件的模塊化和可重用。
從故障診斷到預(yù)測(cè)性維護(hù)
隨著機(jī)器安全標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的故障診斷和保護(hù)技術(shù)（問(wèn)題發(fā)生的時(shí)候判斷原因并采取措施避免故障擴(kuò)大化）已經(jīng)落伍，最新的產(chǎn)品嵌入了預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)，使得人們可以通過(guò)Internet及時(shí)了解重要技術(shù)參數(shù)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，并采取預(yù)防性措施。比如：關(guān)注電流的升高，負(fù)載變化時(shí)評(píng)估尖峰電流，外殼或鐵芯溫度升高時(shí)監(jiān)視溫度傳感器，以及對(duì)電流波形發(fā)生的任何畸變保持警惕。
專(zhuān)用化和多樣化
雖然市場(chǎng)上存在通用化的伺服產(chǎn)品系列，但是為某種特定應(yīng)用場(chǎng)合專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的伺服系統(tǒng)比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形狀、不同表面粘接結(jié)構(gòu)（SPM）和嵌入式永磁（IPM）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)出現(xiàn)，分割式鐵芯結(jié)構(gòu)工藝在日本的使用使永磁無(wú)刷伺服電機(jī)的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了高效率、大批量和自動(dòng)化，并引起國(guó)內(nèi)廠家的研究。
小型化和大型化
無(wú)論是永磁無(wú)刷伺服電機(jī)還是步進(jìn)電機(jī)都積極向更小的尺寸發(fā)展，比如20，28，35mm外徑；同時(shí)也在發(fā)展更大功率和尺寸的機(jī)種，已經(jīng)看到500KW永磁伺服電機(jī)的出現(xiàn)。體現(xiàn)了向兩極化發(fā)展的傾向。
1.中達(dá)電通（臺(tái)達(dá)）六軸數(shù)控系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：
（1）6個(gè)獨(dú)立伺服軸接口，能夠控制1～6軸聯(lián)動(dòng)，能夠滿(mǎn)足伺服軸運(yùn)動(dòng)控制要求。
（2）電壓命令型 (V-Command) 伺服接口，最小解析精度0.001mm，可配合光柵尺或旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)、半閉環(huán)控制，能夠滿(mǎn)足精度要求。
（3）最大響應(yīng)速度500KPPS編碼器反饋，能夠滿(mǎn)足快速定位的需求。
（4）具有教導(dǎo)模式，能夠記錄下當(dāng)前的機(jī)械坐標(biāo)點(diǎn)，并能根據(jù)采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成NC加工程序，操作者可以方便的對(duì)生成的程序進(jìn)行編輯和閱讀。
（5）控制器內(nèi)存有240K存儲(chǔ)空間，可儲(chǔ)存1000個(gè)NC加工程序，配合標(biāo)準(zhǔn)的CNC鍵盤(pán)可輕松對(duì)加工程序進(jìn)行編輯。
（6）通過(guò)六軸數(shù)控簡(jiǎn)易I/0控制指令和內(nèi)置PLC開(kāi)發(fā)，能夠靈活的通過(guò)NC程序?qū)崿F(xiàn)輔助機(jī)能。
（7）內(nèi)置可編程PLC，標(biāo)準(zhǔn)配置為24INPUT/ 16OUTPUT，最大可擴(kuò)展到96INPUT/64OUTPUT，完全能夠滿(mǎn)足電氣互鎖、行程保護(hù)、緊急停止等安全電路的設(shè)計(jì)要求。
（8）配合外配的電子手搖輪可實(shí)現(xiàn)“加工程序手搖輪測(cè)試”功能，防止機(jī)械撞機(jī)。
通過(guò)比較分析，中達(dá)電通六軸數(shù)控系統(tǒng)完全能夠滿(mǎn)足作為機(jī)械手臂上位控制器要求。
2.臺(tái)達(dá)交流伺服系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：
（1）具有多種控制模式，可與上位控制器靈活配合，應(yīng)用廣泛。
（2）通過(guò)伺服內(nèi)置的運(yùn)動(dòng)控制器和外部的I/O來(lái)自由規(guī)劃的8組位置指令寄存器是實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械第七軸（D軸）控制的關(guān)鍵。
（3）強(qiáng)健式的控制模式，在負(fù)載慣量大范圍的變化時(shí)，系統(tǒng)仍然可以保持優(yōu)異的性能。
（4）具有位置P-CURVE和速度S-CURVE平滑功能，且命令來(lái)源不論是外部模擬量輸入還是內(nèi)部寄存器設(shè)定均有平滑功能。
（5）豐富的軟件功能，方便用戶(hù)用調(diào)試。
通過(guò)比較分析，臺(tái)達(dá)交流伺服系統(tǒng)也完全能夠滿(mǎn)足作為機(jī)械手臂做下位控制器要求。
通過(guò)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、負(fù)載慣量、輸出扭矩的分析計(jì)算，故選用下列伺服：ASDA 3kW*1臺(tái)、ASDA 2kW*1臺(tái)、ASDA 1kW*2臺(tái)、ASDA 200W*2臺(tái)、ASDA 100kW*1臺(tái)，共7臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器做下位控制器。
三、方案功能的實(shí)現(xiàn)
1.控制系統(tǒng)6AXIS＋1 AXIS的架構(gòu)
圖二 64XIS+1 AXIS的控制架構(gòu)
2.硬件的組成和6＋1的設(shè)計(jì)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)
控制系統(tǒng)的硬件部分主要有CNC數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和其他輔助元件三部分組成。
（1）CNC數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控系統(tǒng)選用中達(dá)六軸數(shù)控系統(tǒng)，它是機(jī)械手臂的控制中心，除具有線性插補(bǔ)等運(yùn)動(dòng)控制外，還能夠進(jìn)行畫(huà)面顯示、參數(shù)設(shè)定、程序編輯、PLC邏輯控制等。
（2）伺服系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)選用7套臺(tái)達(dá)－A系列交流伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)。其中ASDA 3kW*1臺(tái)、用于獨(dú)立控制機(jī)械D軸位移工作臺(tái)，拖動(dòng)機(jī)械手臂前后運(yùn)動(dòng)，使其能自由移動(dòng)到生產(chǎn)線的任何地方。其伺服控制模式采用臺(tái)達(dá)交流伺服獨(dú)有的PR控制模式。
它的命令來(lái)源為臺(tái)達(dá)交流伺服位置指令寄存器8組內(nèi)部位置指令（參數(shù)P1-15~P1-30設(shè)定），伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度則由參數(shù)P1-36~P1-43設(shè)定。
通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)I/O輸出OUTPUT點(diǎn)Y0-Y3，配合伺服CN1接口的I/O，POS0~POS2與GTRG，就可以選擇8組中的一組來(lái)當(dāng)成位置指令來(lái)源。當(dāng)伺服CTRG信號(hào)上升沿觸發(fā)后，伺服電機(jī)便會(huì)向給定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。
其余6臺(tái)伺服分別為：ASDA 2kW*1臺(tái)，控制機(jī)械手臂X軸空間移動(dòng)；ASDA 1kW*2臺(tái)，控制機(jī)械手臂Y、Z軸的空間移動(dòng)；ASDA 200W*2 臺(tái)，控制機(jī)械手臂A、B軸的空間移動(dòng)；ASDA 100kW*1臺(tái)，控制機(jī)械手臂C軸的空間移動(dòng)。
這六臺(tái)伺服采用的是速度控制模式，數(shù)控系統(tǒng)的伺服軸口輸出 +/-10V的模擬量電壓來(lái)控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，并實(shí)時(shí)通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器的PG分周比輸出OA/OB/OZ信號(hào)將伺服運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制的目的，來(lái)保證機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)精度。
（3）其他輔助元件
其他輔助元件主要有：
電子脈沖發(fā)生器（MPG手搖輪），規(guī)格DC5V，在手動(dòng)和教導(dǎo)模式下，產(chǎn)生脈沖信號(hào)控制伺服軸位移。
動(dòng)力變壓器，規(guī)格7.5kVA三相380V/三相220V，作用是給伺服系統(tǒng)提供動(dòng)力電源。
控制變壓器，規(guī)格500VA，AC380V/AC220V，作用是給數(shù)控和伺服系統(tǒng)提供控制電源。
開(kāi)關(guān)電源，規(guī)格500VA，DC24V，AC220V/DC24V，作用是給控制回路提供直流控制電源。
INPUT輸入板，規(guī)格NPN型，可以連接按鈕、行程開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等傳感器信號(hào)。
OUTPUT輸出板，規(guī)格NPN型，作用是控制中間繼電器、微型電磁閥等DC24V負(fù)載。
中間繼電器，規(guī)格DC24V，增加OUTPUT輸出板的容量，線路保護(hù)。
氣動(dòng)電磁閥，規(guī)格DC24V，控制機(jī)械手夾緊氣缸和生產(chǎn)線其他輔助動(dòng)作。
按鈕、開(kāi)關(guān)若干，提供各種傳感信號(hào)。
通過(guò)上述硬件配置和架構(gòu)設(shè)計(jì)，中達(dá)電通六軸數(shù)控系統(tǒng)便能夠通過(guò)速度模擬量電壓命令和外部的I/O輸出信號(hào)來(lái)控制一個(gè)六軸的機(jī)械手臂和一個(gè)獨(dú)立的位移工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)了。
中達(dá)六軸數(shù)控系統(tǒng)具有“示教和手搖輪測(cè)試”功能，通過(guò)必要的PLC編輯便可以激活這兩個(gè)功能，方便編譯和效驗(yàn)程序。
當(dāng)配合外部I/O和電子手搖輪，激活“示教”功能后，六軸機(jī)械手臂的工作方式是按“示教學(xué)習(xí)→生成NC程序→編輯修改NC程序→機(jī)械手臂再現(xiàn)執(zhí)行”的過(guò)程來(lái)完成的，即由人用示教盒對(duì)機(jī)械手臂工作行為示教。示教過(guò)程中，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)記錄下機(jī)械手臂各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)終點(diǎn)的位置信息，并以NC代碼的形式顯示在CRT熒屏上。
當(dāng)機(jī)械手臂完成一個(gè)示教流程結(jié)束后，數(shù)控系統(tǒng)便會(huì)以NC代碼的形式記錄下一個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列。用戶(hù)可以通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)CNC鍵盤(pán)對(duì)當(dāng)前的NC程序進(jìn)行必要的編輯，如添加運(yùn)動(dòng)速度，數(shù)控外部I/O控制等指令，這樣數(shù)控系統(tǒng)便生成了機(jī)械手臂工作所需要的完整信息。
當(dāng)完成編輯后，激活數(shù)控系統(tǒng)的“自動(dòng)運(yùn)行”功能，數(shù)控系統(tǒng)便能自動(dòng)依次讀取這個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列和指令信息，并傳達(dá)給下位伺服控制器和數(shù)控外部I/O控制機(jī)械手臂動(dòng)作。
當(dāng)我們對(duì)“示教”生成的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編輯完成后，在執(zhí)行“自動(dòng)運(yùn)行”功能前，可以通過(guò)激活“手搖輪測(cè)試”功能，來(lái)再次校正編輯完的程序。
當(dāng)“手搖輪測(cè)試”功能被激活后，機(jī)械手臂會(huì)按照先前編輯的指令信息再現(xiàn)動(dòng)作。伺服軸的運(yùn)動(dòng)速度由手搖輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和MPG的倍率所決定，當(dāng)手搖輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服軸也會(huì)停止進(jìn)給；如繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服軸會(huì)繼續(xù)執(zhí)行動(dòng)作，從而有效防止機(jī)械撞機(jī)。
測(cè)試完成后，激活“自動(dòng)運(yùn)行”功能，機(jī)械手臂便會(huì)按照程序中設(shè)定的速度正常運(yùn)行。
