数控系统之于机床，就像CPU(中央处理器)之于计算机一样，它是大脑和心脏。数控技术是改造传统机械加工装备行业、建设数字化企业的重要基础，其发展一直备受人们关注。数控机床以其优良的柔性和自动化性能、优良而稳定的精度、敏捷而多样化的功能而备受世界瞩目，它开创了机械产品向机电一体化发展的先河。因此，数控技术已经成为先进制造技术中的核心技术。另一方面，通过信息技术的不断研发和深化应用，数控机床的性能和质量得到了进一步提高，使数控机床成为国民经济和国防发展的重要制造装备。另外，数控技术的特点是高精度随动控制和多运动协同控制。它与自动炮控、雷达控制、陀螺导航控制技术有共同的技术基础，具有典型的两用应用特点。

正是由于数控技术的两用特性，国际竞争环境对中国数控技术的崛起具有明显的遏制意图。从“巴统”到《考克斯报告》的技术封锁阶段，再到通过合资建厂，本地化生产，倾销低端产品，削弱中国国内独立的R&D势力，都可以体现出遏制意图。相当多的事实证明，我们试图引进技术，“以市场换技术”的美好愿望只是一厢情愿。结果往往失去了市场，却换不到技术。目前，日本以FANUC和西门子为首的控制器巨头的产品垄断了80%以上的市场，高端产品不仅垄断，还限制中国进口。通过国内近20年不断的技术研究和市场培育，诞生了一批数控厂商，在低端市场打开了局面，形成了一定的市场规模。但在技术密集型的高端控制器市场，国产控制器规模始终处于压缩状态，利润空间被压缩，R&D体系无法支撑可持续的技术进步。

业内专家坦言，“中国数控机床的技术水平至少比世界发达国家落后15年”。日本经济学家谷川圭太郎在日本《声音月刊》2005年5月号上发表了一篇题为《中国的未来取决于日本》的文章。文章称，在汽车制造业中，生产汽车零部件的机床平均工作时间每年高达3500小时，只有日本制造的机床能保证连续5年性能不变。没有日本的机床，中国的汽车工业将寸步难行。长谷川庆太郎预言:中国对日本的依赖只会加强而不会削弱。这意味着“日本越来越有能力控制中国”。客观分析这篇文章，摒弃少数日本学者的狂躁心态，只看装备制造业中以数控系统为代表的制造设备关键零部件的技术和产品的差距。这篇文章的观点是我们应该唤起我们的忧患意识。

打破国外数控技术围堵的主要手段是减少对国外技术的依赖，选择具备技术支撑条件的关键技术作为突破口，主动突破，从而争取竞争的主动权。近十年来在计算机软硬件技术和通信技术进步的支持下，数控技术已经具备了关键技术突破的条件。从工业角度看，数控控制器产品的基本特征可以概括为专用工业计算机；伺服系统产品的特点是工业电源专用于驱动电机；伺服电机产品的特点是配备高精度位置反馈元件的高精度电机。根据这些产品的特点，从产业角度来看，我国完全具备高端数控系统产业条件，部分产业特点相近的产品产能世界领先。因此，跳出运动控制器制造的狭窄领域，从中国产业的整体情况来看，数控系统产业的突破具备了产业支撑条件。数控系统行业的另一个特点是软件技术。运行在数字控制器和伺服驱动器上的软件承载着系统主要功能和性能的实现。因此，这一工业领域的竞争将更多地转化为以软件技术、控制技术和制造技术为基础的智力竞争和以技术集成为特征的工程竞争。

遏制的关键是构建适合核心技术体系成长的自主创新平台，从被动的技术追赶转向主动的技术对抗。高端数控技术不仅仅是控制器的问题，而是涉及电机、驱动、测量、通信、计算机软硬件技术、机床测试、仿真等技术的技术学科群。这些技术环节都会对最终的设备控制效果产生影响。

以高速、高精度、高响应的运动控制为例来说明这个问题。从FANUC公开的材料来看，将分辨率控制到纳米，可以使加工的产品精度翻倍，表面质量翻倍。然而，这个结果需要控制器的整体技术改进。为了实现高速运动控制技术，需要基于预读机制对运动轨迹进行分析和预测。这种机制会对系统架构提出更高的要求。轨迹平滑和加加速度控制是高速运动控制中避免冲击的必要技术手段。插补器的计算精度要从1 um提高到1 nm，字长要提高三位数，有效计算精度要提高三个数量级。该平台应支持相应字长的计算。另一方面，控制节拍也需要相应提高，否则单纯提高指令精度是没有意义的。当然，这就要求系统的计算负荷更高，系统的硬件平台要有更高的速度。仅仅在控制器中实现这个分辨率是不够的，还要把这个控制量送到伺服驱动装置。由于有效字长的扩大和控制节拍的提高，相应的通信生成宽度的需求也要增加。伺服通讯必须采用数字方式，而脉冲方式和模拟加位置脉冲反馈不能满足要求。伺服方面，明显追求更高精度的控制。首先需要精度更高的原始位置反馈。目前，世界上高精度伺服装置的传感器已经增加到200万到400万线，这样就可以配合现有的机械装置实现纳米级的控制。我们国产控制器产品的传感器大多在2000或者2500左右。这种传感技术的差距直接导致了我们驱动装置的调速比和速度稳定性的差距。高分辨率传感器面临的另一个问题是传感器接口。显然，AB脉冲不能用于这个分辨率。

能够保证控制器同步采样的高速数字通信协议是必须解决的问题。高精度伺服控制本身的问题也是必须解决的问题。FANUC强调HRV(高响应矢量控制)，三菱强调OMR(优化机械响应控制)，都指向高精度伺服控制的核心问题——高精度、快速响应的电流环设计。只有良好的电流环特性才能为良好的速度控制和位置控制奠定基础。在解决这个核心矛盾的过程中，很多控制技术都可以有所作为，包括各种状态识别、滑膜控制、变参数控制等等。

要实现高精度控制，仅仅依靠控制器和伺服驱动装置是不够的。电机设计本身是直接影响运动控制效果的重要因素。对于永磁同步伺服电机，良好的反电势旋转和较小的齿槽力将非常有利于伺服驱动器实现低速稳定控制。许多高精度驱动装置的制造商本身就是电机制造商。在国内很多研究机构中，电机技术和伺服驱动技术是相互割裂的，有的甚至没有电机技术单独支撑伺服驱动。在高精度运动控制的研究中，仿真技术将大大缩短我们在控制算法研究上的时间和实现成本。在仿真技术支持的同时，有必要开发相关的测试平台来评估运动控制的效果以及伺服驱动和电机的性能。比如如何评价低速稳定性和刚度。