伺服技术和工艺能够提升生产制造业的生产力和能源效率。更小、更紧凑的高效节能伺服系统具有更快的响应速率、更高的精度和动态智能性以及其他先进功能。
        伺服电机技术也能够提升生产力，通过提升计算能力来改进伺服电机应用程序。多核PC控制器所采用的高速处理器能保证多个伺服控制回路同步更新，同时还能够管理设备的控制逻辑。
        伺服驱动控制技术上的进步也提升了机床性能，在最新系列的立式珩磨机中，其更高的精度和安全性、更短的循环时间以及更多的加工选项被展现得淋漓尽致。
        先进的伺服驱动器控制技术能够支持多达128个轴，其板载以太网还能够实现其他新功能。

　　开放式架构的数字PMSM控制
　　在数控机床（CNC）设备中，大多数电动进给驱动装置的控制回路都是封闭式架构系统。这一设计能够防止用户对控制算法进行更改。CNC系统中电动进给驱动装置所采用的传统串级定位控制回路具有一定的局限性，这妨碍了新型解决方案的发展。
　　最近，一些CNC系统生产厂商提供了一些准开放式架构的设备，然而，这仍未达到最终用户的期望。实时开放式架构控制系统允许用户对器件的算法进行修改，以改善CNC设备的工作参数CONTROL ENGINEERING China版权所有，使其能够达到功能模型的最高水平。基于这些原因，人们针对这一问题做了深入研究。本文描述的新方法在铣床反馈驱动器模块的数字伺服驱动控制回路中，引入了测量后经过数字预处理的信号。综合实验台是基于National Instruments公司的硬件和软件解决方案搭建的。控制、测量和数字信号处理算法运行于PXI平台之上，并且使用了一些专用模块。电机的位置测量通过EnDat2.1编码器模块实现；借助NI9234模块的高采样率实现振动和声压信号的获取。FPGA对象（NI PXI 7854R）上运行磁场定向控制算法，帮助维持代码的高效运行。电机由NI 9520电机驱动模块实现控制，具有4A连续电流输出www.cechina.cn，驱动三相永磁同步电机（PMSM）。控制系统和测量系统与自动单轴反馈驱动器相连，实施一系列测试。
　　控制回路的振动
　　对于每一个动态系统来说振动都是不可避免的一部分。在反馈驱动器中振动会因多种原因而出现，例如：伺服驱动器的角速度、结构性振动等等。反馈驱动器用来定位机床组件，以将刀具和工件移至期望的位置，因此定位的精度和速度就决定了机床的质量和生产效率。基于这些原因，诊断振动发生的时间和成因是很重要的CONTROL ENGINEERING China版权所有，振动监控技术相对来说成本较低，且易于操作，所以在机床诊断中振动监控是一种最为常见的方法。
当设备接触空气时，设备的机械能就会转化为声音能量。对设备周围的声音信号进行测量能够反映出正在进行的过程的一些信息。为了获得声压信号，通常使用定向麦克风。考虑到轴反馈驱动器相对较低的带宽频率，即使不使用专门的设备也能够轻松测量声音信号。
　　振动成因的辨识能够帮助改善反馈驱动器的定位精度，声压信号能够诊断设备功能的异常状态。
　　在反馈驱动器算法的传统串级定位控制回路中增加数字信号处理（DSP）模块的任务就是计算一个或多个调节器或者设定点值的偏差。将设备运行时的测量结果采用DSP方法进行处理，然后在时域和频域内进行计算，借助之前对参数和轴反馈驱动器行为的辨识，异常条件和非预期状态就能够被发现。有了这些信息，就可以使用专用的算法监控来自于设备的声音信号和振动信号，然后再计算所需的辅助控制信号。

　　交流伺服技术能够改善生产效率和能源效率
　　伺服生产加工技术的发展趋势永远都是朝着“更小、更快、更好”的方向，在未来想必也是如此。自从交流伺服系统面世以来，生产厂商就竭尽所能地在最紧凑的设备外形下开发高速、高精度的放大器。最近几年，和能源管理、网络、预防和预测性维护以及作业人员安全性相关的功能和特性备受原始设备制造商（OEM）和最终用户的关注。他们希望能够继续借助交流伺服技术提升生产效率，同时减少作业过程中的浪费和低效现象。
　　今天，崭新的市场应用和商业机会层出不穷，例如智能电话和医疗器械生产厂商正在将交流伺服系统生产厂商逼至极限。伺服系统生产厂商必须继续找寻改革的新方法，使用各种技术，在新产品开发中实现更高的生产效率和性能。交流伺服系统设计和生产环节中的四个重要的发展趋势——半导体设计、算法、监控和设备参数预估方面的改进，加上碳化硅功率模块——将提升生产制造和工厂作业的性能等级和生产效率。
内部的中央处理单元（CPU）和专用集成电路是交流伺服技术和性能的核心构件。交流伺服系统的速度、处理能力和响应时间是实现优越性能、提升生产力和增加产量的关键因素。全新的半导体生产制造技术使速度、精度和准确度突飞猛进。
　　值得一提的是系统级芯片技术，即CPU和ASIC集成在一块芯片中，为伺服系统设计人员提供两大好处。CPU和ASIC集成之后，所需原器件数量减半，放大器整体封装也缩小了。采用SoC技术的伺服系统生产厂家在处理速度和精度上将会有十分显著的改进，伺服系统封装尺寸能够缩小20%。

先进交流伺服系统中所使用的更快和更加智能的CPU能够对设备参数（例如设备年限）进行监控和估计，
进而提供设备诊断功能。除了能够提升能源效率，Mitsubishi Electric公司还积极地投身于碳化硅功率设备开发和应用方面的研究。

　　现代控制算法来源于经典的PID理论，一直以来都是伺服控制算法的核心。新一代的控制技术继续致力于提升控制算法的智能性，实现先进的特性和作业。最近一段时间，交流伺服系统生产厂家开始在其伺服控制算法中采用诸如前馈控制之类的新技术。伺服系统生产厂家还引入了振动抑制控制功能和干扰控制功能，来测量由设备响应所产生的摩擦，同时还能够实现一些其他的先进功能。在伺服系统控制算法中使用这些新型计算方法和新技术极大地缩短了循环时间。虽然对于控制理论的探讨在技术层面已经过于复杂，大多数OEM设计人员并不愿意或者并没有必要了解得这么深入，但是“现实世界”确实因此获得了更多的好处，例如加快了系统调整和设置，并降低了劳动力成本。
　　如今，先进的交流伺服系统能够在设备生命周期内对设备参数进行监视和预估。从输入和输出之间的关系可以预估出负载的惯性，就可以对几个增益参数进行调整和校准。在制定预测性维护和预防性维护计划时这一点尤为重要CONTROL ENGINEERING China版权所有，使设备在生产过程中保持在峰值性能。
　　有了最新的CPU，伺服系统生产厂家能够与之前的放大器进行对比，精确地对设备的惯性不匹配和振动频率进行控制。使用一段时间后，所有设备的性能都会因日常作业、磨损和损耗以及振动而受到影响。通过对一些增益参数进行调整并采用设备共振滤波器和/或振动抑制滤波器，最终用户能够使设备性能稳定如新。
　　从本质上来讲，对设备参数的准确预估帮助用户将设备维持在峰值性能水平，降低总体运营成本（TCO）并且最大化整体设备效率（OEE），通过更为有效的维护、服务和生产计划，设备的寿命得以延长。

　　伺服电机技术帮助用户提升产量

　　对于伺服电机技术来说，大幅提升的计算能力或许就是最大的助力。基于PC（特别是多核PC）的控制器采用快速处理器，可以在操控设备控制逻辑的同时对多个伺服控制回路进行更新。以使用多台伺服电机的机器人为例，只需要对最终效应器的运动路径进行编程即可，无需对每一个单独电机的运动进行设定。
这种抽象化的工作方式能够保证机器人的快速开发和实现更加有创造力的机器人。这些基于PC的控制器采用开放式架构，以及智能软件提供的标准化编程工具。有了这些工具，控制功能的实现变得易如反掌，通过软件库可提供先进的预编程的例程。

运算能力的激增改善了伺服驱动控制，伺服电机技术的近期发展显著地降低了成本。
Beckhoff公司的单电缆技术应用在AM8000系列伺服电机上，编码信号搭载在电源线上，
电机和驱动器之间的两根电缆减少为一根电缆。

　　先进的联网功能使伺服电机能够在机器人和CNC应用中更好地完成协同作业。
　　伺服电机技术最近的发展显著地降低了成本。采用了单电缆技术（OCT）的伺服电机将编码器信号加载在电源线上，使电机和驱动器之间的两条电缆减少为一条，在典型的安装过程中，电缆成本占所有硬件成本的10%。
　　一系列电机的改进结合在一起提升了电机的峰值扭矩输出和连续扭矩输出。在典型的应用中，用于机械系统加速的扭矩值在数量级上必须大于用于克服摩擦所需的扭矩值。
　　由于电机不会一直处于加速状态，通常会有一个较低的连续的扭矩要求。伺服电机的峰值扭矩和连续扭矩比率可以达到3左右，而其他类型电机这一值为7。

　　伺服驱动控制技术的改进提升了机床性能

　　Sunnen Products公司在其三款主要的立式珩磨平台上引入了新型的伺服电机和驱动技术www.cechina.cn，提升了设备性能、速度、精度和安全性。改进型产品的能力包括可选刀具进给量、恒定交叉面积以及能够降低循环时间的更快速的自动工件检测功能。设备的加工零件内径从3mm到300mm不等，例如活塞泵、液压元件、起落装置和类似的元件。
　　新型产品使用了一根7.5kW的伺服轴，新型的SV-200平台提供全新的恒压进给或者恒速进给的选择。

Sunnen Products公司在其三款主要的立式珩磨平台上引入了新型的伺服电机和驱动技术www.cechina.cn，
提升了设备性能、速度、精度和安全性。

　　恒速进给允许刀具自动完成0.1μm的进给量。恒压进给能够对刀具进给系统的压力进行监控，在条件允许的情况下尽可能快速地推进磨削工具，实现最短的循环时间。
　　新型平台采用了安全驱动技术，使用独立的PLC对设备上的所有安全设备进行监控，在触发之后可以停止驱动器或者对驱动器的速度进行限制。

　　伺服驱动器的发展趋势：生产效率、速度和性能

　　Siemens Industry公司认为，伺服驱动器和运动控制产品的发展趋势包括更好的性能和能够使用一台控制器支持多达128个运动轴。新型的伺服驱动器功能包括板载通讯功能，还能够满足生产设备的所有层级的性能要求。

Siemens公司针对生产设备的Simotion D运动控制器能够满足所有层级的性能需求，
从简单的定位工作到高要求的应用场合，例如要求很短的循环时间或者高达128个轴数量。
Simotion D445-2型多轴控制器的新增功能包括板载Profinet接口和高速I/O连接。

　　控制器能够提供PLC、运动控制、先进的技术功能和集成的驱动控制。先进的网络能力加上集成的以太网交换机能够实现不同的网络拓扑结构(例如线型、星型或者树型结构)，无需额外的交换机。
　　图形软件简化了应用配置、编程、测试和调试的过程。