一、伺服驅動器行業簡介

　　1、什么叫伺服驅動器?

　　伺服驅動器(servo drives)又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統的一部分，主要應用于高精度的定位系統。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進行控制，實現高精度的傳動系統定位，是傳動技術的高端產品。

　　伺服電機是目前工業生產中最為常用的電機之一，其具有高速、高精度和高可靠性的特點，廣泛應用于機床、輸送系統、印刷機、包裝機等眾多領域。而伺服電機的驅動器則是實現伺服系統的核心部分，其主要作用是將電機的輸入信號轉換成精準的輸出信號，從而實現對電機的精確控制和調節。

　　2、伺服驅動器工作原理和控制方式

　　伺服驅動器均采用數字信號處理器(DSP)作為控制核心，可以實現比較復雜的控制算法，實現數字化、網絡化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設計的驅動電路，IPM內部集成了驅動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，在主回路中還加入了軟啟動電路，以減小啟動過程對驅動器的沖擊。

　　首先功率驅動單元通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應的直流電。經過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅動交流伺服電機。功率驅動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程，整流單元(AC-DC)主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。

　　一般伺服都有三種控制方式：位置控制方式、轉矩控制方式、速度控制方式。

　　1)位置控制：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉動速度的大小，通過脈沖的個數來確定轉動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值，由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴格的控制，所以一般應用于定位裝置。

　　2)轉矩控制：轉矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小，可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應的地址的數值來實現。

　　應用主要在對材質的手里有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如繞線裝置或拉光纖設備，轉矩的設定要根據纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。

　　3)速度模式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都可以進行轉動速度的控制，在有上位控制裝置的外環PID控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式也支持直接負載外環檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉速，位置信號就由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了，這樣的優點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統的定位精度。

　　如果對電機的速度、位置都沒有要求，只要輸出一個恒轉矩，當然是用轉矩模式。

　　如果對位置和速度有一定的精度要求，而對實時轉矩不是很關心，用轉矩模式不太方便，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控制功能，用速度控制效果會好一點，如果本身要求不是很高，或者基本沒有實時性的要求，采用位置控制方式。

　　3、伺服驅動器分類

　　根據不同的控制方式和要求，伺服電機的驅動器可分直流伺服電機驅動器、交流伺服電機驅動器和步進伺服驅動器。

　　1)直流伺服電機驅動器

　　直流伺服電機驅動器使用直流電源將電機的電流進行控制，其具有速度控制精確、控制原理簡單、價格便宜等優點。直流伺服電機驅動器適用于一些小型的、功率較小的電機，如自動售貨機、自動販賣機等。

　　2)交流伺服電機驅動器

　　交流伺服電機驅動器使用交流電源將電機的電流進行控制，其具有良好的速度控制特性，在整個速度區間內可實現精準控制，高效率、高精確位置控制等優點。交流伺服電機驅動器又可以分為同步伺服電機和異步伺服電機。

　　同步伺服電機主要采用永磁體等技術制造，具有更好的速度控制特性，適用于低慣量、低噪音等場合;異步伺服電機則通過使用電容或變壓器來改變轉子和定子之間的磁場，實現電機的控制。

　　3)步進伺服驅動器

　　步進驅動器是一種使用數字信號來控制電機的非常常用的驅動器(嚴格來說并不是完整的閉環)。步進驅動器通過改變電機的相位和電流來實現電機的控制。步進驅動器結構簡單、工作可靠、適應性強，廣泛應用于自動化加工、包裝、印刷、紡織等領域。

　　4、伺服驅動器接線圖

　　5、伺服驅動器選型

　　選擇合適的伺服驅動器需要考慮到各個方面，這主要是根據系統的要求進行的。在選擇系統之前，首先分析了系統的大小、電源、控制方式等系統要求。設置選擇方向。讓我們來看看伺服驅動器的各種參數。

　　1)持續電流，峰值電流;

　　2)電源電壓，控制部分電源電壓;

　　3)支持的運動類型，反饋類型;

　　4)控制方式和接收命令的形式;

　　5)通訊協議。

　　根據這些信息，我們可以粗略地選擇與電機匹配的伺服驅動器。此外，還要注意工作環境、溫濕度、安裝尺寸等。

　　選擇伺服驅動器不僅要考慮驅動器是否與電機匹配，還要考慮控制方法。伺服驅動器有三種控制模式：位置，速度和扭矩模式。可以通過外部模擬輸入或通信命令設置轉矩模式和速度。位置模式通過頻率和脈沖數確定運動的速度和長度。在轉矩模式下，電機輸出固定的轉矩，不能控制位置和速度。位置模式對速度和位置有非常嚴格的控制，通常用于定位設備。根據系統的需要，以及上級控制的類型，選擇合適的控制方法。

　　二、伺服驅動器生產流程

　　三、伺服驅動器上下游分析

　　伺服驅動器行業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，以及其它相關原材料和零配件的制造業;下游為家電、通信設備、汽車制造、電力保護、軍工裝備、醫療器械、新能源應用等行業或領域。

　　四、我國伺服系統發展歷程

　　我國伺服系統的發展歷程大致可以分為三個階段，第一階段是 70年度時期，伺服系統首先被應用于國防科技、軍工等高端制造行業。第二階段是 80年度以后，伺服系統開始在一些高端民用制造中得到嘗試;2000年以后，隨著制造強國等戰略的提高，我國制造業水平提到很大提升，伺服系統在我國高端制造業中得到大范圍應用，但使用的幾乎都是國外的伺服系統。

　　隨著國內電機制造水平的大幅提升，交流伺服技術也逐漸為越來越多的國內廠家所掌握，同時交流伺服系統上游芯片和各類功率模塊的不斷進行技術升級，促成了國內伺服驅動器廠家在短短的不足十年時間里實現了從起步到全面擴展的發展態勢。比如數控系統企業中的廣州數控，電機和驅動企業中的南京埃斯頓、英威騰、東元、新時達和北超伺服等，運動控制相關企業中的深圳步科、杭州中達，乃至以變頻器為龍頭產品的臺達、匯川等都已紛紛投身伺服產業并實現了產業化、規模化生產。與此同時，國外交流伺服廠商在大陸巨大的潛在市場需求刺激下，大舉開拓國內市場，陸續在國內設置工廠或辦事處，招募代理商，利用本地資源，批量生產和銷售各種規格的交流伺服系統產品。大陸交流伺服市場競爭愈加激烈。

　　國產伺服系統起步較晚。2000年以后國內廠商才真正開始民用伺服系統的研發，目前在功能、性能和工藝方面和國外產品仍有較大的差距。國產伺服電機以小功率的低端產品為主，國產伺服廠商采取的營銷策略通常是通過較高的性價比吸引使用精度要求相對較低的客。目前國內廠商已經完成中低端伺服系統研發與量產，但由于加工水平和研發水平的限制，高端伺服系統我國仍處于研發階段。

　　四、2019-2023年中國伺服驅動器市場規模

　　五、國內市場主要伺服驅動器品牌情況

　　伺服電機在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，具有抗過載能力強、高速性能好、低速運行平穩、發熱和噪音明顯降低的優點。以下為中國市場主要伺服驅動器企業的地位。

　　1、松下、安川處于第一梯隊

　　分品牌來看，以市占率劃分，伺服系統市場呈現出了明顯的梯次結構。以松下、安川為代表的日系品牌市場占有率相當，市占率分別占比13.9%和12.2%，處于第一梯隊，與其他品牌明顯拉開差距。松下和安川的伺服系統在高端裝備上使用的很多，一些設備廠商都是應下游客戶要求裝配。臺達、三菱處于第二梯隊，市占率分別占比11.9%和7.9%。匯川、西門子等處于第三梯隊，市占率分別占比4.4%和5.0%。三洋、施耐德、羅克韋爾、博世力士樂等處于第四梯隊，市占率約3%。內資企業除匯川外，成規模的企業有數十家，但大部分企業規模較小，市場份額普遍在1%以下，并且主要集中在低端領域的中小型伺服產品，競爭激烈，盈利能力也比較差。

　　2、日系品牌市場占有率仍較高，國內伺服市場進口替代空間大

　　近年來，國產品牌市場占有率在快速提升，但日系品牌仍牢牢占據國內伺服市場近半壁江山。同大多數高精密度的產品一樣，長期以來外資品牌占據了國內伺服系統市場的大部分份額，市場占有率達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、安川、三洋、富士等，這些都是老牌的日本工業自動化設備生產商，技術上都很全面，產品特點是技術和性能水平很高，比較符合中國用戶的需求，同時價格也比較高。

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

　　3、國內外主要伺服驅動器公司產品特點

　　六、中國伺服驅動器行業展望

　　伺服驅動器在過去幾十年中得到了迅猛發展，未來幾年的發展趨勢為：

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

　　2)集成化和智能化：伺服驅動器將越來越多地實現集成化，并具備更智能化的功能。例如，內置的運動控制器和編碼器、自適應控制算法、網絡通信接口等。這將使得系統更加緊湊、易于安裝和操作，并且能夠實現更復雜的應用。

　　3)節能和環保：隨著對能源的節約和環境保護意識的提高，伺服驅動器將會更加注重節能和環保。通過采用先進的功率電子器件、高效的控制算法和能量回收技術，將能夠減少功耗和系統對環境的影響。

　　4)網絡化和互聯性：伺服驅動器將越來越多地支持網絡通信和互聯性。這將使得伺服驅動器可以與其他設備和系統進行實時數據交換和控制。例如，通過以太網、無線通信或云端服務實現遠程監控和控制。

　　5)模塊化和可擴展性：伺服驅動器將變得更加模塊化和可擴展，以滿足不同應用的需求。用戶可以根據實際需要選擇適合的模塊和接口，并且能夠隨時擴展或升級系統，而不需要更換整個驅動器。

　　總之，伺服驅動技術的發展趨勢是以高性能、智能化、節能環保、網絡化和模塊化為主導，以滿足不斷增長的市場需求和應用要求。