從步進(jìn)機(jī)電看我國運(yùn)動控制技術(shù)發(fā)展

　　隨著我國制造業(yè)市場的全球化，在市場空間增加的同時，也對制造業(yè)的技術(shù)和裝備提出了更高的要求，這給運(yùn)動控制技術(shù)的推廣和高水平應(yīng)用帶來了契機(jī)。根據(jù)中國工控網(wǎng)（www.gongkong.com）2006年發(fā)布的運(yùn)動控制市場研究報告，伺服和運(yùn)動控制器的市場增長率在未來數(shù)年均保持在10%以上，顯示出良好的發(fā)展前景。在此背景下，國內(nèi)逐步成長了一批專業(yè)的運(yùn)動控制公司，他們或供應(yīng)產(chǎn)品，或提供系統(tǒng)集成，同樣處于高速成長期。成都步進(jìn)機(jī)電正是這樣一支生力軍。
　　
　　近日，中國工控網(wǎng)（簡稱工控網(wǎng)）采訪到了成都步進(jìn)機(jī)電有限公司市場總監(jiān)閆礪鋒先生（簡稱閆先生），作為我國自主運(yùn)動控制產(chǎn)品的優(yōu)秀代表，看步進(jìn)機(jī)電，似管中窺豹，可以領(lǐng)略我國運(yùn)動控制技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的現(xiàn)狀與發(fā)展。

　　工控網(wǎng)：成都步進(jìn)機(jī)電有限公司是一家以技術(shù)為依托的專業(yè)運(yùn)動控制公司，自1997年成立以來，從區(qū)域型貿(mào)易銷售公司發(fā)展成為以自主產(chǎn)品研發(fā)為主的高科技企業(yè)，請簡單介紹公司的發(fā)展情況。

　　閆先生：成都步進(jìn)機(jī)電自1997年成立以來，傾力投入于運(yùn)動控制產(chǎn)品的應(yīng)用推廣及研制開發(fā)。歷經(jīng)近十年的執(zhí)著使我們從一家本地貿(mào)易公司發(fā)展成為以技術(shù)為依托的面向全國市場的專業(yè)運(yùn)動控制公司。為客戶提供以運(yùn)動控制技術(shù)為核心的全套運(yùn)動控制解決方案是我們不懈努力的方向，成為國內(nèi)外一流的專業(yè)運(yùn)動控制公司是我們不變的目標(biāo)。

　　公司取得的成績及今后的發(fā)展主要依賴于以下三個方面：

　　1，強(qiáng)烈的服務(wù)意識
　　“服務(wù)客戶是我們存在的唯一理由”這一理念已在全公司深入人心，公司在北京、上海、深圳、沈陽、武漢、西安、重慶、成都等地都設(shè)有分公司或辦事機(jī)構(gòu)，服務(wù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國各主要地區(qū)。
　　2，合理、明晰的產(chǎn)權(quán)結(jié)構(gòu)
　　成都步進(jìn)機(jī)電是一家真正意義上的股分制企業(yè)，股東為十多位公司核心人員，公司財務(wù)狀況對所有股東完全透明、公開。
　　3，人才的年齡結(jié)構(gòu)和知識結(jié)構(gòu)
　　公司平均年齡僅為30歲左右，40%的員工擁有博士或碩士學(xué)位，一個年輕團(tuán)隊(duì)強(qiáng)烈的進(jìn)取心和客戶的滿意度共同構(gòu)成了公司發(fā)展的源動力。
　　
　　工控網(wǎng)：成都步進(jìn)機(jī)電的業(yè)務(wù)涉及運(yùn)動控制產(chǎn)品的代理銷售和自主產(chǎn)品研發(fā)，請問在這兩者間，貴公司更傾向于朝哪個方向發(fā)展？為什么？

　　閆先生：步進(jìn)機(jī)電公司的目標(biāo)是“促進(jìn)各應(yīng)用行業(yè)運(yùn)動控制技術(shù)的進(jìn)步，為行業(yè)客戶提供以運(yùn)動控制器為核心的完善系統(tǒng)解決方案”，而發(fā)展擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心運(yùn)動控制技術(shù)是我們實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的基礎(chǔ)，所以我們會更側(cè)重于自主產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)。我們將一如既往地扎根一個個應(yīng)用行業(yè)，加大基礎(chǔ)研發(fā)和應(yīng)用研發(fā)的力度，和行業(yè)客戶、業(yè)界朋友一起推動國內(nèi)運(yùn)動控制技術(shù)的進(jìn)步。

　　同時，我們也和一些歐美著名運(yùn)動控制廠商保持緊密合作，代理銷售進(jìn)口運(yùn)動控制產(chǎn)品。一方面豐富我們的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，將國外先進(jìn)運(yùn)動控制產(chǎn)品推介給行業(yè)用戶，為客戶提供更完美的運(yùn)動控制配套方案；另一方面開闊我們的視野，跟蹤國外先進(jìn)運(yùn)動控制技術(shù)發(fā)展趨勢，了解差距，促進(jìn)自身產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)水平提高。
　　
　　工控網(wǎng)：成都步進(jìn)機(jī)電同時提供精密步進(jìn)和伺服控制產(chǎn)品，而許多人認(rèn)為步進(jìn)控制已經(jīng)進(jìn)入夕陽階段，將逐漸被伺服控制取代，您怎么看待？

　　閆先生：步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)是運(yùn)動控制系統(tǒng)中最具代表性的兩種執(zhí)行電動機(jī)，都廣泛應(yīng)用于各種運(yùn)動控制系統(tǒng)中。
　　與步進(jìn)電機(jī)相比，伺服電機(jī)在性能上有許多優(yōu)勢。如：

　　1，采用閉環(huán)控制，不會產(chǎn)生失步等問題；
　　2，采用高精度編碼器等反饋元件進(jìn)行位置檢測，控制分辨率更高；
　　3，額定轉(zhuǎn)速更高，一般為2000/3000rpm，有的甚至高達(dá)10000rpm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般步進(jìn)電機(jī)能達(dá)到的工作轉(zhuǎn)速；
　　4，動態(tài)響應(yīng)性能更好，能輕松滿足高速、高節(jié)拍運(yùn)動要求；
　　5，過載能力更強(qiáng)，伺服電機(jī)一般都具有速度、扭矩過載能力，能輕松應(yīng)對設(shè)備工作過程中負(fù)載波動，和慣性負(fù)載的快速啟動。
　　6，運(yùn)行平穩(wěn)，不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)低速共振的現(xiàn)象。

　　另外，許多伺服驅(qū)動器都具有全數(shù)字控制接口，可直接用步進(jìn)方式（脈沖/方向）控制，

　　控制方式簡單；在系統(tǒng)調(diào)試方面，越來越多的伺服驅(qū)動器都提供智能化、自適應(yīng)的增益調(diào)整功能，使伺服系統(tǒng)更加簡單易用。
　
　　正是由于具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，伺服電機(jī)在許多追求高精度、高效率的設(shè)備中得到越來越廣泛的應(yīng)用，并在很大程度上取代了傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)。從2006年涌現(xiàn)的多家國內(nèi)伺服系統(tǒng)制造商和多家國外伺服品牌相繼進(jìn)入國內(nèi)市場，也可以看出伺服控制應(yīng)用日益增長的態(tài)勢。

　　但步進(jìn)電機(jī)也并不是完全沒有生存空間。與伺服電機(jī)相比，步進(jìn)電機(jī)畢竟還是具有成本低廉、系統(tǒng)組成簡單、無需參數(shù)調(diào)整、調(diào)試簡單等特點(diǎn)。在一些對精度、速度、響應(yīng)要求不高的設(shè)備，特別是一些小功率、小型化設(shè)備上仍然得到非常廣泛的應(yīng)用。

　　另外，在一些特殊場合的應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)具有伺服電機(jī)所不能替代的性能。

　　比如在云臺圖像采集設(shè)備中，要求在成像時運(yùn)動機(jī)構(gòu)保持絕對靜止，另外在一些高精度測量設(shè)備中也會有類似的零速穩(wěn)定性要求。伺服系統(tǒng)在運(yùn)動結(jié)束后由于仍然在繼續(xù)其動態(tài)PID調(diào)節(jié)過程，會有振顫現(xiàn)象，對清晰成像或準(zhǔn)確測量極其不利。而步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)動停止時，其轉(zhuǎn)子能保持絕對靜止，可以很好地滿足這種零速穩(wěn)定性要求。

　　伺服電機(jī)在定位完成的時候，常常會產(chǎn)生不同程度的位置過沖。在某些場合，如納米制造或半導(dǎo)體加工設(shè)備，這種過沖是不允許的。而利用步進(jìn)電機(jī)就可以很好地控制位置過沖，并可在運(yùn)動結(jié)束后糾正位置偏差。

　　為了改善步進(jìn)電機(jī)失步，高速扭矩衰減等問題，采用有源阻尼和無編碼器堵轉(zhuǎn)檢測技術(shù)的閉環(huán)步進(jìn)控制技術(shù)正逐步得到應(yīng)用，并已有相應(yīng)的產(chǎn)品推向市場，如Oriental公司的αStep系列產(chǎn)品、Parker Hannifan/Compumotor公司的Gemini系列微步驅(qū)動產(chǎn)品等。相信經(jīng)過持續(xù)的改進(jìn)和升級，堵轉(zhuǎn)檢測和抗諧振技術(shù)將與今天的微步技術(shù)一樣得到普及，從而使步進(jìn)電機(jī)性能得到大大提升。
　　
　　工控網(wǎng)：與歐美等發(fā)達(dá)國家相比，國內(nèi)的運(yùn)動控制技術(shù)還相對比較落后。作為專業(yè)的運(yùn)動控制技術(shù)公司，請談?wù)勀壳皣鴥?nèi)運(yùn)動控制技術(shù)、產(chǎn)品和應(yīng)用方面存在那些瓶頸？怎樣克服？

　　閆先生：運(yùn)動控制器的技術(shù)水平主要體現(xiàn)在三個層面：硬件方案、核心控制算法以及應(yīng)用軟件功能。國內(nèi)運(yùn)動控制器所采用的硬件平臺和國外產(chǎn)品相比并沒有太大差距，有的甚至更加先進(jìn)。與歐美發(fā)達(dá)國家相比，國內(nèi)運(yùn)動控制器的差距主要體現(xiàn)在控制算法和二次開發(fā)平臺的易用性方面。

　　許多歐美運(yùn)動控制器制造商歷經(jīng)多年積累，提供許多先進(jìn)的控制算法，如伺服調(diào)節(jié)、PVT算法、樣條插補(bǔ)、反向運(yùn)動學(xué)算法、龍門雙驅(qū)動算法、空間圓弧插補(bǔ)、速度前瞻和軌跡擬合，以及電子齒輪、電子凸輪、虛擬軸、高速位置鎖存、位置比較輸出等。國內(nèi)運(yùn)動控制器在這方面還存在較大差距，有的甚至處于起步階段。

　　國外很多先進(jìn)的運(yùn)動控制器都提供方便易用的二次開發(fā)、調(diào)試平臺，針對行業(yè)應(yīng)用提供了豐富的功能模塊，將復(fù)雜的算法“打包”后以簡單的接口提供給客戶，降低了二次開發(fā)的難度。另外，許多國外運(yùn)動控制器都提供易學(xué)易用的“代碼編輯和生成系統(tǒng)”，提供簡單明了的指令集。讓二次開發(fā)人員可以“望文生意”，在短時間內(nèi)掌握開發(fā)調(diào)試方法。而國內(nèi)大多數(shù)運(yùn)動控制器提供的開發(fā)包都是運(yùn)動控制函數(shù)，缺少專門的程序編譯調(diào)試環(huán)境，需要二次開發(fā)人員用VB、VC在等高級編程語言調(diào)用這些控制函數(shù)。這需要二次開發(fā)人員首先要掌握這些編程語言，而且還需要具備Windows環(huán)境下的編程技巧，在一定程度上限制了運(yùn)動控制產(chǎn)品應(yīng)用推廣。

　　另外，國內(nèi)廠商提供的通用運(yùn)動控制器大多基于“PC+運(yùn)動控制卡”的結(jié)構(gòu)模式，而在很多自動化設(shè)備中，由于更高的控制實(shí)時性、更高的可靠性等要求，或現(xiàn)場環(huán)境、安裝空間等因素的限制，不允許采用這種PC-Based的運(yùn)動控制器。許多國外先進(jìn)運(yùn)動控制器制造商都提供基于ARM技術(shù)或DSP技術(shù)的獨(dú)立式運(yùn)動控制器，可大大提高運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制實(shí)時性和可靠性。同時這些獨(dú)立式控制器提供豐富的通訊接口（如Modbus、USB、Ethernet，DeviceNet、Profibus、CANopen等），可方便地與其他設(shè)備交換數(shù)據(jù)。

　　面對這些產(chǎn)品技術(shù)方面的差距，我們需要扎根行業(yè)應(yīng)用，在不斷解決一個個行業(yè)應(yīng)用難題的同時，歸納其中的共性問題，對一些核心算法進(jìn)行深入研究，不斷積累。另外，我們還應(yīng)該通過和國外運(yùn)動控制公司緊密合作，借鑒他們多年積累的經(jīng)驗(yàn)，逐步縮小差距。

　　而在運(yùn)動控制器產(chǎn)品應(yīng)用方面，國內(nèi)還處于起步階段，與歐美發(fā)達(dá)國家相比，政府在這方面的投入也很少，高等院校的教育涉及很少，缺乏能夠開發(fā)和應(yīng)用運(yùn)動控制器的人才。在市場推廣過程中碰到的最大困難就是系統(tǒng)集成商和設(shè)備制造商缺乏應(yīng)用工程師，使得運(yùn)動控制器的應(yīng)用工作受阻，售后技術(shù)支持難度加大。因此，培養(yǎng)大量運(yùn)動控制器開發(fā)應(yīng)用人才是加快我國運(yùn)動控制產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。
　　
　　工控網(wǎng)：您認(rèn)為運(yùn)動控制領(lǐng)域在未來幾年內(nèi)技術(shù)上將有哪些突破？發(fā)展趨勢如何？成都步進(jìn)機(jī)電的長遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)和戰(zhàn)略舉措是什么？

　　閆先生：對國外發(fā)達(dá)國家而言，運(yùn)動控制技術(shù)已相對穩(wěn)定成熟。這個領(lǐng)域的發(fā)展也許更多意義上取決于它和其他領(lǐng)域技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。和很多行業(yè)類似，運(yùn)動控制行業(yè)的發(fā)展可能也會應(yīng)驗(yàn)“分久必合，合久必分”這句古話。隨著各種單一技術(shù)，單一產(chǎn)品的穩(wěn)定成熟，必然有公司會將它們組合到一起去服務(wù)一個個應(yīng)用領(lǐng)域從而提高其競爭優(yōu)勢。經(jīng)歷一段時間后，隨著新的技術(shù)突破，這種組合又將妨礙生產(chǎn)力的發(fā)展，導(dǎo)致由合到分。

　　就全球運(yùn)動控制行業(yè)而言，現(xiàn)在大的趨勢是整合：做驅(qū)動的公司會考慮在驅(qū)動器上增加控制功能，而做控制器的公司又會考慮和驅(qū)動器公司配套合作，甚至有些被其收購。更值得一提的是，運(yùn)動控制技術(shù)越來越多地被整合在自動化控制這個更大的平臺上發(fā)展。美國MEI、德國Berger Lahr 等運(yùn)動控制公司相繼被全球性自動化公司收購就又是一些整合的例證。

　　為客戶提供以運(yùn)動控制器為核心的全套運(yùn)動控制解決方案是我們不懈努力的方向；成為國內(nèi)外一流的專業(yè)運(yùn)動控制公司是我們不變的目標(biāo)。我們將繼續(xù)扎根一個個運(yùn)動控制應(yīng)用行業(yè)并充分和國外同行在市場技術(shù)等方面緊密合作，為行業(yè)客戶提供最優(yōu)的方案和性價比最高的產(chǎn)品。