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臺達(dá)蔡清雄:分布式-集中式控制引領(lǐng)運動控制技術(shù)的未來

臺達(dá)蔡清雄:分布式-集中式控制引領(lǐng)運動控制技術(shù)的未來

2025/4/17 17:14:45

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作為臺達(dá)工業(yè)自動化技術(shù)體系的重要開拓者之一,蔡清雄博士以三十年深耕鑄就了臺達(dá)在運動控制領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。憑借對未來工業(yè)發(fā)展的深刻洞察,蔡清雄博士提出了“分布式-集中式控制將是運動控制技術(shù)未來革新的方向”。

 

在現(xiàn)代工業(yè)以及智能制造的發(fā)展浪潮中,運動控制作為核心驅(qū)動力,決定了產(chǎn)品精度、設(shè)備生產(chǎn)效率,更是不同裝備形成差異化的基本要素。


隨著傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)科技的深度融合,運動控制技術(shù)正經(jīng)歷著革命性的變革,逐步邁向更高層次的智能化與協(xié)同化方向發(fā)展。

 

從集中式到分布式:運動控制架構(gòu)的演進(jìn)


長久以來,集中式控制架構(gòu)在運動控制領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。這種架構(gòu)就如同一個金字塔,運動控制器處于塔尖,是唯一的“大腦”,負(fù)責(zé)所有的運算和指令下達(dá),而伺服驅(qū)動系統(tǒng)僅僅是聽從指揮的“執(zhí)行者”。在早期相對簡單的工業(yè)環(huán)境中,這種架構(gòu)能夠滿足設(shè)備運行的基本需求。


但隨著工業(yè)自動化向著高復(fù)雜度、高精度方向發(fā)展,這種模式的弊端逐漸顯現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大時,處于中央控制節(jié)點的“大腦”勢必要承擔(dān)更多任務(wù),可能導(dǎo)致節(jié)點處理能力過載,進(jìn)而影響系統(tǒng)性能。用戶只能通過不斷升級硬件來緩解這一問題,但這不僅增加了成本,還限制了系統(tǒng)的靈活性與擴(kuò)展性。

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隨著負(fù)責(zé)驅(qū)動的伺服驅(qū)動系統(tǒng)在性能上、功能上全面的提升,新的方式開始出現(xiàn)——分布式控制架構(gòu)逐漸成為復(fù)雜運動控制設(shè)備新的解決方案。在這種架構(gòu)下,運動控制功能被下放到伺服驅(qū)動器中,利用驅(qū)動器的高速運算能力(通常可達(dá)50微秒/次),顯著提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度與數(shù)據(jù)處理效率。這種多節(jié)點協(xié)同處理的方式,不僅減輕了中央控制器的負(fù)擔(dān),還大幅提高了系統(tǒng)的靈活性與擴(kuò)展性,特別是在多軸、高同動性要求的場景中表現(xiàn)出色。

 

分布式-集中式控制:融合趨勢下的新思路


隨著智能化理念的深度融合,“分布式-集中式控制”架構(gòu)逐漸涌現(xiàn),這種模式巧妙結(jié)合了集中式與分布式控制的優(yōu)勢,成為運動控制技術(shù)的未來趨勢。


在分布式-集中式架構(gòu)下,伺服驅(qū)動器負(fù)責(zé)處理高速信息(如張力、扭力、震動加速度等),而上位控制器則專注于處理相對較慢的信息(如流速、流量等)。這種分工不僅優(yōu)化了系統(tǒng)的效率與性能,還通過資源整合與協(xié)同處理,實現(xiàn)了更高效的數(shù)據(jù)傳輸與更精準(zhǔn)的軸間配合。


臺達(dá)伺服系統(tǒng)就是在這樣的理念下進(jìn)行深度升級的。伺服驅(qū)動器不再僅僅是硬件設(shè)備,而是具備了高速信息處理能力的智能節(jié)點。通過在編碼器內(nèi)嵌入CPU,臺達(dá)實現(xiàn)了設(shè)備內(nèi)部的多級信息處理。

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例如,傳感器(如震動傳感器、編碼器等)提取的信息首先在驅(qū)動器中進(jìn)行軸間信號處理,隨后將匯總信息傳遞給控制器。這一過程不僅降低了配件成本,還顯著提升了設(shè)備的智能化水平,使運動控制系統(tǒng)能夠提前感知設(shè)備狀態(tài),具備預(yù)兆診斷功能,從單純的指令執(zhí)行轉(zhuǎn)向智能健康管理。

 

技術(shù)創(chuàng)新:聚焦高同動性需求


在高同動性需求的應(yīng)用場景中,臺達(dá)通過技術(shù)創(chuàng)新展現(xiàn)了卓越的競爭力。以龍門控制為例,臺達(dá)將多臺驅(qū)動器整合在一個CPU控制下,顯著提升了軸間同動性。傳統(tǒng)模式下,即使采用EtherCAT等高速通信協(xié)議,軸間信息交換仍存在延遲。而臺達(dá)的創(chuàng)新設(shè)計通過優(yōu)化CPU資源分配,大幅減少了數(shù)據(jù)存取延遲,確保了系統(tǒng)的快速響應(yīng)與精準(zhǔn)配合。

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臺達(dá)高階型多軸交流伺服系統(tǒng)ASDA-W3系列便是這一技術(shù)的杰出代表。該系統(tǒng)通過一個CPU控制12軸的IGBT,在半導(dǎo)體設(shè)備等高精度應(yīng)用場景中表現(xiàn)出色,不僅節(jié)省了配線成本,還縮小了設(shè)備體積,進(jìn)一步驗證了分布式-集中式控制架構(gòu)的可行性與優(yōu)越性。

 

從架構(gòu)轉(zhuǎn)型到智能化升級,再到滿足特殊需求的創(chuàng)新設(shè)計,運動控制技術(shù)將繼續(xù)朝著多節(jié)點協(xié)同、智能化管理與高精度控制的方向發(fā)展。臺達(dá)亦將繼續(xù)在這一領(lǐng)域的探索與創(chuàng)新,為高端制造注入強(qiáng)勁動力。


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唐楠
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