中国机器人伺服控制技术竞争力及提升路径

中国机器人核心技术竞争力与国际领先国家相比仍有很大的差距,迫切需要提升以伺服控制技术、减速机技术等为代表的机器人核心技术竞争力。文章采用专利信息数据从专利数量、专利质量、专利价值三个维度对中国机器人伺服控制领域的技术竞争力进行分析,并将其与美国、德国、韩国等领先国家进行比较,剖析中国机器人伺服控制技术发展过程中的优势与不足,最后从技术联合研发、聚焦关键技术、研发方向等方面提出了技术竞争力提升的路径。

高温高功率密度永磁伺服电机电磁热耦合设计

介绍了一种适应高温、高功率密度永磁伺服电机热设计方法。通过国内外技术发展现状分析,结合高温环境应用,分析永磁交流伺服驱动电机在适应高温、高功率密度方面的电磁、热设计技术难点,通过提升永磁交流伺服电机电磁、热联合设计方法,提升高功率密度永磁伺服电机的高温适应性。

一种机载伺服放大器的电源设计方案

随着机载电子设备综合化程度越来越高,对供电系统可靠性和安全性要求也提出了很高的要求。给出一种供电设计方案,采用外部及用电LRM模块两级余度供电输入设计,可实现机载设备供电系统一次故障工作、二次故障安全的要求。验证结果表明,设计能够提高综合化机载电子设备供电系统的可靠性、安全性及可用性,满足机载伺服驱动设备使用要求。

一种微型伺服驱动器设计

针对伺服驱动器在无人机、机械手、外骨骼机器人等需求体积小、重量轻、电流能力强的应用领域,开发了一款高功率密度微型伺服驱动器。采用高密度PCB堆叠组合结构、高效率快速开关技术、先进的三环PID控制算法,在现有常规伺服基础上进行微型化、高功率密度化与易安装化的技术突破。并经实验验证,驱动器的各项指标满足要求。

一种高功率密度伺服电机在重载工业机器人中的应用

研究了一种重载工业机器人用高速高功率密度伺服电机,通过短铁心设计实现了额定速度提高近一倍、功率密度提高14%,通过铁心低磁导梯度设计实现了更高的电感线性度,满足了重载机器人伺服电机的高速高电流可控性的要求。定子拼块和环氧灌封等工艺有效控制了损耗和散热,确保电机可以在高温条件下长期可靠运行。

交流伺服系统电源变压器故障分析及处理

伺服系统的出现实现了机械运动单元的程式化控制,提高控制效率,实现了较高的控制精度,交流伺服系统是常见的伺服系统之一,以其良好的稳定性得到广泛应用。文章围绕交流伺服系统电源变压器故障展开论述,在介绍相关故障现象的基础上,深入分析导致该现象的主要原因,并提出具有可行性的处理方案,为广大工程技术人员提供参考。

旋转伺服电机功率提升

实现智能的旋转伺服电机的电机功率提升设计,采用PID以及模糊PID两种方法并进行本系统电机功率提升算法的研究与设计,利用了Matlab软件搭建系统做了仿真测试,对算法的可行性进行验证,并对算法进行了优化。搭建了一个闭环系统可进行反馈调节。根据系统的功能要求和工作流程,设计了电机功率提升系统的运行程序使其能完成目标所需的基本功能。

基于自动化控制理论的多伺服系统功率分散及其控制策略的研究

近年来,随着自动化程度不断提高,伺服总线控制系统技术的需求变大,在发展过程中,多伺服协同控制被应用于各类控制领域,它的广泛应用,使得近年来小体积伺服价格逐渐降低,而大功率伺服目前仍然居高不下。文章针对基于自动化控制理论的多伺服系统功率分散及其控制策略进行重点分析,在增大了输出功率的同时,降低控制成本和系统冗余性。

多电飞机中高效高功率密度伺服控制器设计

高效、高功率密度和高功重比是飞机电力作动系统伺服控制器的发展趋势。分析了限制伺服控制器功率密度提升的关键因素,从功率器件、母线电容和机械结构展开研究。采用分立SiC器件多管并联方案,通过权衡效率和功率密度设计功率器件的并联数量;建立电容电流应力、电压纹波与电容的数学关系,给出了最小体积的电容设计方案;采用立体式板卡和双面贴装散热设计了紧凑型机械结构来提升功率密度。最后设计出功率50 kW、功率密度11 kW/L的样机。

选矸机器人高速并联机构伺服驱动选型研究

为了实现煤矸的高效分选,基于选矸机器人结构及工作原理,在建立并联机构位移、速度、加速度、转矩、等效转动惯量数学模型和选矸运动轨迹规划的基础上,提出了一种用于煤矸分选的三自由度串并混联机器人的伺服电机选型方法:计算分析了选矸过程中机器人主动关节速度、转矩、等效转动惯量和功率的变化分布;针对速度、转矩、等效转动惯量随机构位形改变连续变化的问题,提出根据最大瞬时功率初步选取伺服电机,然后参考关节最大转速和电机允许最大转速选取减速器减速比,结合电机转矩特性曲线进行功能校验的伺服电机选型方法;指出在设计过程中应尽量选取大速比减速器,以减小电机负载惯量比,降低惯量波动干扰,提高系统控制响应速度和运行稳定性。测试和应用结果表明:设计开发的选矸机器人作业周期为1s,横向选矸推力达25kg。该机器人发挥并联机构可实现高速、高刚度的结构特性,结合串联机构工作空间大、结构简单的优势,适于高效煤矸分选,且已成功应用于多条选煤生产线的中、大块矸石分选,长期连续工作运行稳定。研究为机器人伺服驱动系统设计提供了有益的参考。

液压系统故障诊断技术的研究现状与发展趋势

从能源和伺服系统两个方面,归纳液压系统的主要故障模式;针对故障诊断的难点问题,对能源和伺服系统故障诊断的主要理论、方法及研究现状分别进行分析和总结,对各种方法的诊断效果进行定性分析,指出各种方法的技术特点、局限性和适用范围;最后,归纳液压系统故障诊断技术的最新发展方向及需要进一步研究的问题。

大功率随动试验台多永磁同步电机同步控制

针对大功率随动试验台中多台永磁同步电机的同步控制问题,同时考虑试验台开放性的要求,提出相邻交叉耦合结构与滑模变结构控制相结合的同步控制策略。结合试验台的机械结构特点,分析比较相邻交叉耦合结构与偏差耦合结构。根据多电机同步系统中同步误差与跟踪误差的控制要求,建立永磁同步电机的状态空间模型,进一步给出多电机同步滑模控制器的设计方法。分析了所设计的同步控制系统的鲁棒性。仿真结果表明,相邻交叉耦合结构与变结构算法相结合的系统其同步误差小于传统的偏差耦合结构与PID算法相结合的系统,受干扰影响变小。对于多永磁同步电机同步系统,相邻交叉耦合结合滑模变结构的控制策略在改善同步性能的同时,增强系统的鲁棒性,简化系统结构,并增强系统的开放性。

滚动轴承的多体接触动力学仿真

以轴承的几何学为基础,基于UG和ANSYS/LS-DYNA建立有限元模型,同时在轴承内圈加入轴来模拟轴与轴承之间力的传递。以动力伺服刀架中双联齿轮处的深沟球轴承6203为例,综合考虑轴承的径向载荷和转速的影响,提出一种快速有效的滚动轴承多体接触动力学分析的新方法。应用ANSYS/LS-DYNA对滚动轴承在特定工况下进行多体接触的动力学仿真,并运用LS-PrePost进行后处理,分析滚动轴承的动力学特性,结果与滚动轴承的实际运动情况吻合良好。

滚动轴承的动力学仿真分析

在动力伺服刀架中,轴承的动力学特性很重要,影响到刀架的精度以及可靠性。基于UG和ANSYS/LS-DYNA以轴承的几何学为基础建立有限元模型,同时在轴承内圈加入轴颈模拟轴与轴承之间力的传递。以动力伺服刀架中双联齿轮处的深沟球轴承6203为例,综合考虑轴承的径向载荷和转速的影响,应用ANSYS/LS-DYNA对滚动轴承在特定工况下进行显式动力学仿真与分析,得出了轴承的动态响应。结果与滚动轴承的实际运动情况吻合良好,为进一步研究滚动轴承的动力学特性提供了更可靠的依据。

锗晶体放电加工特性及进电方式研究

研究N型锗晶体放电加工中体现的单向导通性、表面电化学现象以揭示其特殊放电加工特征。试验发现N型锗晶体放电加工无法持续,其主要原因是进电接触面产生电解并生成不导电、不溶解的氧化物且阻塞在进电接触面缝隙内。为避免在进电接触区产生电解,设计表面涂覆碳浆进电法;为避免进电接触区产生不导电、不溶解氧化物,设计了电极随动进电法,并对这两种进电方式进行试验比较。结果表明,前者可以在一定时间内改善N型锗晶体进电,但仍不能达到长期稳定进电的效果,而后者则可以保障极间获得稳定和较小的极间电阻及持续稳定的进电效果。通过放电切割试验初步揭示半导体材料放电加工体现的放电期间电流爬坡上升、放电蚀除以热应力蚀除为主、极性效应需要进行拓展性解释等特殊的半导体材料放电加工特性。

电动伺服泵控单元热功率特性研究

电动伺服泵控单元(EPU)集永磁同步伺服电机和定量泵于一体,是电液伺服泵控系统的核心元件。高集成度、高功率密度的设计特点导致EPU的散热条件差,过高的温度会影响EPU安全性、稳定性以及寿命。建立伺服电机和定量泵损耗热功率模型,借助Ansoft Maxwell软件对伺服电机空载气隙磁密和空载反电动势进行分析,验证电机模型的有效性。通过Maxwell和MATLAB软件计算得到电机和定量泵在低转速不同负载下的发热功率,分析负载转矩对EPU发热的作用规律,得到伺服电机和定量泵的热功率特性。研究成果将为电液伺服泵控系统热平衡研究奠定基础,对系统设计、元件升级以及负载匹配等具有指导意义。

电气自动化技术在热收缩膜边封包装机中的应用研究

某企业的热收缩膜包装机较为落后,缺乏连续作业和自动理料功能,并且控制精度低、包装速度慢。为了解决以上问题,采用电气自动化技术改造原设备,配备7台伺服驱动器,分别用于控制进料、拉膜、封刀、出料口等装置的传动轴。在多轴联动控制中,采取位置同步、速度同步、凸轮同步3种模式。对于自动理料功能,利用光电检测装置测定产品的位置偏差,进而修正产品的间距。经测试,包装速度从每分钟40包提升至120包。

电动助力转向助力控制策略的研究

电动助力转向是汽车动力转向的新技术与新结构,助力控制是电动助力转向的基本控制策略,并决定电动助力转向的助力特性。着重讨论了电动助力控制的一般过程、电动机目标电流的决策方法、电动机电流的控制策略等问题。台架试验表明,提出的控制策略是有效的,对电动助力转向的开发有指导意义。

微细电火花加工装置关键技术研究

围绕微细点火花加工的关键技术,开发出了具有4轴3联动的微细电火花加工装置。阐述了利用该装置实现微细电火花加工的关键技术和实现途径。包括微能脉冲电源的设计实现;通过选择适当的伺服控制策略,解决了伺服机构在小位移进给时所存在的爬行问题:探索了微细电极的在线制作与检测方法,并分析了在线检测方法存在的误差。在该装置上进行了大量的加工试验,试验已加工出最小直径为12μm的微细轴和25μm的微细孔,并实现了具有空间自由曲面的,大小为1 mm×0.3 mm×0.18 mm微脸谱雕塑的加工。

脉宽调制流体位置控制系统稳定性的研究

在分析自然采样、双沿调制模拟式脉宽调制器的基础上,找出了由其组成的脉宽调制流体位置控制系统的特殊性,提出了系统稳定的必要条件.在由三通气动高速开关阀和差动气缸组成的脉宽调制高压气动位置控制系统上进行了实验研究。