一、伺服驅(qū)動(dòng)器行業(yè)簡(jiǎn)介

　　1、什么叫伺服驅(qū)動(dòng)器?

　　伺服驅(qū)動(dòng)器(servo drives)又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位，是傳動(dòng)技術(shù)的高端產(chǎn)品。

　　伺服電機(jī)是目前工業(yè)生產(chǎn)中最為常用的電機(jī)之一，其具有高速、高精度和高可靠性的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)床、輸送系統(tǒng)、印刷機(jī)、包裝機(jī)等眾多領(lǐng)域。而伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器則是實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)的核心部分，其主要作用是將電機(jī)的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成精準(zhǔn)的輸出信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制和調(diào)節(jié)。

　　2、伺服驅(qū)動(dòng)器工作原理和控制方式

　　伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)作為控制核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路，IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路，在主回路中還加入了軟啟動(dòng)電路，以減小啟動(dòng)過(guò)程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。

　　首先功率驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過(guò)整流好的三相電或市電，再通過(guò)三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來(lái)驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過(guò)程可以簡(jiǎn)單的說(shuō)就是AC-DC-AC的過(guò)程，整流單元(AC-DC)主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐贰?/p>

　　一般伺服都有三種控制方式：位置控制方式、轉(zhuǎn)矩控制方式、速度控制方式。

　　1)位置控制：位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過(guò)通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值，由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。

　　2)轉(zhuǎn)矩控制：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來(lái)設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過(guò)即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來(lái)改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過(guò)通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　應(yīng)用主要在對(duì)材質(zhì)的手里有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì)隨著纏繞半徑的變化而改變。

　　3)速度模式：通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時(shí)速度模式也可以進(jìn)行定位，但必須把電機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)給上位反饋以做運(yùn)算用。位置模式也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測(cè)位置信號(hào)，此時(shí)的電機(jī)軸端的編碼器只檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)就由直接的最終負(fù)載端的檢測(cè)裝置來(lái)提供了，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過(guò)程中的誤差，增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。

　　如果對(duì)電機(jī)的速度、位置都沒(méi)有要求，只要輸出一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩，當(dāng)然是用轉(zhuǎn)矩模式。

　　如果對(duì)位置和速度有一定的精度要求，而對(duì)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，用轉(zhuǎn)矩模式不太方便，用速度或位置模式比較好。

　　如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，用速度控制效果會(huì)好一點(diǎn)，如果本身要求不是很高，或者基本沒(méi)有實(shí)時(shí)性的要求，采用位置控制方式。

　　3、伺服驅(qū)動(dòng)器分類

　　根據(jù)不同的控制方式和要求，伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器可分直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)器。

　　1)直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

　　直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用直流電源將電機(jī)的電流進(jìn)行控制，其具有速度控制精確、控制原理簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器適用于一些小型的、功率較小的電機(jī)，如自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)販賣機(jī)等。

　　2)交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

　　交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用交流電源將電機(jī)的電流進(jìn)行控制，其具有良好的速度控制特性，在整個(gè)速度區(qū)間內(nèi)可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，高效率、高精確位置控制等優(yōu)點(diǎn)。交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器又可以分為同步伺服電機(jī)和異步伺服電機(jī)。

　　同步伺服電機(jī)主要采用永磁體等技術(shù)制造，具有更好的速度控制特性，適用于低慣量、低噪音等場(chǎng)合;異步伺服電機(jī)則通過(guò)使用電容或變壓器來(lái)改變轉(zhuǎn)子和定子之間的磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制。

　　3)步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)器

　　步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器是一種使用數(shù)字信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的非常常用的驅(qū)動(dòng)器(嚴(yán)格來(lái)說(shuō)并不是完整的閉環(huán))。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)改變電機(jī)的相位和電流來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、適應(yīng)性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化加工、包裝、印刷、紡織等領(lǐng)域。

　　4、伺服驅(qū)動(dòng)器接線圖

　　5、伺服驅(qū)動(dòng)器選型

　　選擇合適的伺服驅(qū)動(dòng)器需要考慮到各個(gè)方面，這主要是根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行的。在選擇系統(tǒng)之前，首先分析了系統(tǒng)的大小、電源、控制方式等系統(tǒng)要求。設(shè)置選擇方向。讓我們來(lái)看看伺服驅(qū)動(dòng)器的各種參數(shù)。

　　1)持續(xù)電流，峰值電流;

　　2)電源電壓，控制部分電源電壓;

　　3)支持的運(yùn)動(dòng)類型，反饋類型;

　　4)控制方式和接收命令的形式;

　　5)通訊協(xié)議。

　　根據(jù)這些信息，我們可以粗略地選擇與電機(jī)匹配的伺服驅(qū)動(dòng)器。此外，還要注意工作環(huán)境、溫濕度、安裝尺寸等。

　　選擇伺服驅(qū)動(dòng)器不僅要考慮驅(qū)動(dòng)器是否與電機(jī)匹配，還要考慮控制方法。伺服驅(qū)動(dòng)器有三種控制模式：位置，速度和扭矩模式?？梢酝ㄟ^(guò)外部模擬輸入或通信命令設(shè)置轉(zhuǎn)矩模式和速度。位置模式通過(guò)頻率和脈沖數(shù)確定運(yùn)動(dòng)的速度和長(zhǎng)度。在轉(zhuǎn)矩模式下，電機(jī)輸出固定的轉(zhuǎn)矩，不能控制位置和速度。位置模式對(duì)速度和位置有非常嚴(yán)格的控制，通常用于定位設(shè)備。根據(jù)系統(tǒng)的需要，以及上級(jí)控制的類型，選擇合適的控制方法。

　　二、伺服驅(qū)動(dòng)器生產(chǎn)流程

　　三、伺服驅(qū)動(dòng)器上下游分析

　　伺服驅(qū)動(dòng)器行業(yè)的上游為各種金屬原材料(主要為銅、銀和鐵)、塑膠材料、成品五金零件、注塑件和觸點(diǎn)，以及其它相關(guān)原材料和零配件的制造業(yè);下游為家電、通信設(shè)備、汽車制造、電力保護(hù)、軍工裝備、醫(yī)療器械、新能源應(yīng)用等行業(yè)或領(lǐng)域。

　　四、我國(guó)伺服系統(tǒng)發(fā)展歷程

　　我國(guó)伺服系統(tǒng)的發(fā)展歷程大致可以分為三個(gè)階段，第一階段是 70年度時(shí)期，伺服系統(tǒng)首先被應(yīng)用于國(guó)防科技、軍工等高端制造行業(yè)。第二階段是 80年度以后，伺服系統(tǒng)開(kāi)始在一些高端民用制造中得到嘗試;2000年以后，隨著制造強(qiáng)國(guó)等戰(zhàn)略的提高，我國(guó)制造業(yè)水平提到很大提升，伺服系統(tǒng)在我國(guó)高端制造業(yè)中得到大范圍應(yīng)用，但使用的幾乎都是國(guó)外的伺服系統(tǒng)。

　　隨著國(guó)內(nèi)電機(jī)制造水平的大幅提升，交流伺服技術(shù)也逐漸為越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)廠家所掌握，同時(shí)交流伺服系統(tǒng)上游芯片和各類功率模塊的不斷進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，促成了國(guó)內(nèi)伺服驅(qū)動(dòng)器廠家在短短的不足十年時(shí)間里實(shí)現(xiàn)了從起步到全面擴(kuò)展的發(fā)展態(tài)勢(shì)。比如數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)中的廣州數(shù)控，電機(jī)和驅(qū)動(dòng)企業(yè)中的南京埃斯頓、英威騰、東元、新時(shí)達(dá)和北超伺服等，運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)企業(yè)中的深圳步科、杭州中達(dá)，乃至以變頻器為龍頭產(chǎn)品的臺(tái)達(dá)、匯川等都已紛紛投身伺服產(chǎn)業(yè)并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)。與此同時(shí)，國(guó)外交流伺服廠商在大陸巨大的潛在市場(chǎng)需求刺激下，大舉開(kāi)拓國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，陸續(xù)在國(guó)內(nèi)設(shè)置工廠或辦事處，招募代理商，利用本地資源，批量生產(chǎn)和銷售各種規(guī)格的交流伺服系統(tǒng)產(chǎn)品。大陸交流伺服市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈。

　　國(guó)產(chǎn)伺服系統(tǒng)起步較晚。2000年以后國(guó)內(nèi)廠商才真正開(kāi)始民用伺服系統(tǒng)的研發(fā)，目前在功能、性能和工藝方面和國(guó)外產(chǎn)品仍有較大的差距。國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)以小功率的低端產(chǎn)品為主，國(guó)產(chǎn)伺服廠商采取的營(yíng)銷策略通常是通過(guò)較高的性價(jià)比吸引使用精度要求相對(duì)較低的客。目前國(guó)內(nèi)廠商已經(jīng)完成中低端伺服系統(tǒng)研發(fā)與量產(chǎn)，但由于加工水平和研發(fā)水平的限制，高端伺服系統(tǒng)我國(guó)仍處于研發(fā)階段。

　　四、2019-2023年中國(guó)伺服驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng)規(guī)模

　　五、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主要伺服驅(qū)動(dòng)器品牌情況

　　伺服電機(jī)在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，具有抗過(guò)載能力強(qiáng)、高速性能好、低速運(yùn)行平穩(wěn)、發(fā)熱和噪音明顯降低的優(yōu)點(diǎn)。以下為中國(guó)市場(chǎng)主要伺服驅(qū)動(dòng)器企業(yè)的地位。

　　1、松下、安川處于第一梯隊(duì)

　　分品牌來(lái)看，以市占率劃分，伺服系統(tǒng)市場(chǎng)呈現(xiàn)出了明顯的梯次結(jié)構(gòu)。以松下、安川為代表的日系品牌市場(chǎng)占有率相當(dāng)，市占率分別占比13.9%和12.2%，處于第一梯隊(duì)，與其他品牌明顯拉開(kāi)差距。松下和安川的伺服系統(tǒng)在高端裝備上使用的很多，一些設(shè)備廠商都是應(yīng)下游客戶要求裝配。臺(tái)達(dá)、三菱處于第二梯隊(duì)，市占率分別占比11.9%和7.9%。匯川、西門子等處于第三梯隊(duì)，市占率分別占比4.4%和5.0%。三洋、施耐德、羅克韋爾、博世力士樂(lè)等處于第四梯隊(duì)，市占率約3%。內(nèi)資企業(yè)除匯川外，成規(guī)模的企業(yè)有數(shù)十家，但大部分企業(yè)規(guī)模較小，市場(chǎng)份額普遍在1%以下，并且主要集中在低端領(lǐng)域的中小型伺服產(chǎn)品，競(jìng)爭(zhēng)激烈，盈利能力也比較差。

　　2、日系品牌市場(chǎng)占有率仍較高，國(guó)內(nèi)伺服市場(chǎng)進(jìn)口替代空間大

　　近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)品牌市場(chǎng)占有率在快速提升，但日系品牌仍牢牢占據(jù)國(guó)內(nèi)伺服市場(chǎng)近半壁江山。同大多數(shù)高精密度的產(chǎn)品一樣，長(zhǎng)期以來(lái)外資品牌占據(jù)了國(guó)內(nèi)伺服系統(tǒng)市場(chǎng)的大部分份額，市場(chǎng)占有率達(dá)77%。

　　其中，日韓系品牌占比為45%，主要以日系品牌為主，包括松下、三菱電機(jī)、安川、三洋、富士等，這些都是老牌的日本工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)商，技術(shù)上都很全面，產(chǎn)品特點(diǎn)是技術(shù)和性能水平很高，比較符合中國(guó)用戶的需求，同時(shí)價(jià)格也比較高。

　　其次為歐美品牌占比22%，其中美國(guó)知名的有羅克韋爾，丹納赫、帕光等，德國(guó)則擁有西門子、博世力士樂(lè)、倫茨、施耐德等品牌。歐美品牌主要集中遇于大型伺服系統(tǒng)，因此面臨著市場(chǎng)萎縮的風(fēng)險(xiǎn)，到2015年歐美的市場(chǎng)份額減少10%至22%。

　　3、國(guó)內(nèi)外主要伺服驅(qū)動(dòng)器公司產(chǎn)品特點(diǎn)

　　六、中國(guó)伺服驅(qū)動(dòng)器行業(yè)展望

　　伺服驅(qū)動(dòng)器在過(guò)去幾十年中得到了迅猛發(fā)展，未來(lái)幾年的發(fā)展趨勢(shì)為：

　　1)高性能和高精度：伺服驅(qū)動(dòng)器將不斷提高其性能和精度，以滿足更高要求的應(yīng)用。這包括更高的轉(zhuǎn)矩密度、更快的響應(yīng)速度和更精確的位置和速度控制。

　　2)集成化和智能化：伺服驅(qū)動(dòng)器將越來(lái)越多地實(shí)現(xiàn)集成化，并具備更智能化的功能。例如，內(nèi)置的運(yùn)動(dòng)控制器和編碼器、自適應(yīng)控制算法、網(wǎng)絡(luò)通信接口等。這將使得系統(tǒng)更加緊湊、易于安裝和操作，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜的應(yīng)用。

　　3)節(jié)能和環(huán)保：隨著對(duì)能源的節(jié)約和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，伺服驅(qū)動(dòng)器將會(huì)更加注重節(jié)能和環(huán)保。通過(guò)采用先進(jìn)的功率電子器件、高效的控制算法和能量回收技術(shù)，將能夠減少功耗和系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響。

　　4)網(wǎng)絡(luò)化和互聯(lián)性：伺服驅(qū)動(dòng)器將越來(lái)越多地支持網(wǎng)絡(luò)通信和互聯(lián)性。這將使得伺服驅(qū)動(dòng)器可以與其他設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換和控制。例如，通過(guò)以太網(wǎng)、無(wú)線通信或云端服務(wù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。

　　5)模塊化和可擴(kuò)展性：伺服驅(qū)動(dòng)器將變得更加模塊化和可擴(kuò)展，以滿足不同應(yīng)用的需求。用戶可以根據(jù)實(shí)際需要選擇適合的模塊和接口，并且能夠隨時(shí)擴(kuò)展或升級(jí)系統(tǒng)，而不需要更換整個(gè)驅(qū)動(dòng)器。

　　總之，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是以高性能、智能化、節(jié)能環(huán)保、網(wǎng)絡(luò)化和模塊化為主導(dǎo)，以滿足不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求和應(yīng)用要求。