01   伺服系統是什么伺服系統是指以位置、速度、轉矩為控制量，能夠跟蹤目標變化而實現自動化的系統，是工業自動化精密制造和柔性制造的核心技術，屬于高端工業自動化控制設備。從產品結構上來看，伺服系統分為伺服編碼器、伺服驅動器和伺服電機三部分。伺服編碼器安裝在伺服電機上，用來測量磁極位置和伺服電機轉角及轉速；伺服驅動器主要通過位置、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；伺服電機是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象，主要用于控制速度，位置精度非常準確。其中伺服驅動器、伺服電機成本占比較高。伺服系統的主要性能指標包括編碼器分辨率、電機過載能力、電機Zui高轉速、頻率響應速度，這些指標反映了伺服產品的定位精準度、性能、穩定性。其中，定位精準度跟編碼器的選擇有關，性能跟驅動硬件的運算能力和程序源價值有關，穩定性跟電機材質及零部件有關。其中，伺服驅動器、伺服電機成本占比較高。▲伺服系統成本結構伺服系統的主要性能指標包括編碼器分辨率、電機過載能力、電機Zui高轉速、頻率響應速度，這些指標反映了伺服產品的定位精準度、性能、穩定性。其中，定位精準度跟編碼器的選擇有關，性能跟驅動硬件的運算能力和程序源價值有關，穩定性跟電機材質及零部件有關。伺服驅動器作用類似于變頻器之于交流馬達，一般是通過速度環、位置環、電流環分別對伺服電機的轉速、位置、轉矩進行相應控制，實現高精度的傳動系統定位，通常被安裝在控制柜內。驅動器的形式取決于驅動電機的類型，例如機器人電機多使用直流伺服電機以及交流伺服電機，因此常用的機器人驅動器就是直流伺服電動機驅動器以及同步式交流伺服電動機驅動器。直流伺服電動機驅動器調速范圍寬、低速特性好、響應快、效率高、過載能力強;同步式交流伺服電動機驅動器則有著轉矩轉動慣量比高等優勢。在過去，一個電動機就需要一個驅動器，但隨著驅動技術的發展，驅動器由單軸控制向多軸控制發展，一個驅動器可同時控制多個電動機。伺服驅動器核心構成主要包括主控制器和電力電子板、信號處理和通信板，即控制模塊+通信模塊。就驅動器而言，主要看芯片性能。▲伺服驅動器示意圖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。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jingque、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jingque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。伺服編碼器是一種傳感器，安裝在伺服電機末端用來測量轉角及轉速。編碼器主要由傳感器和碼盤組成，能夠測量機械部件在運動時的位移位置和速度等信息，并將其轉換成電信號，進一步發送反饋信號給驅動器，驅動器以此確定位置、速度或方向。作為伺服系統的信號反饋裝置，編碼器很大程度上決定了伺服系統的精度。▲伺服編碼器示意圖根據檢測原理，編碼器可分為光電式、磁場式、感應式和電容式，目前自控領域常用的是光電編碼器和磁電編碼器。光編和磁編各有優劣，其中光編具備更高的控制精度，磁編具備易用性強、抗震動抗油污和xingjiabigao等優勢。光電編碼器主要由光柵盤和光電檢測裝置構成，光柵盤與電動機同軸致使電動機的旋轉帶動光柵盤的旋轉，再經光電檢測裝置輸出若干個脈沖信號，根據該信號的每秒脈沖數便可計算當前電動機的轉速；磁性編碼器主要由磁阻傳感器、磁鼓、信號處理電路組成，將磁鼓刻錄成等間距的小磁極，磁極被磁化后，旋轉時產生周其分布的空間漏磁場，磁傳感器探頭通過磁電阻效應將變化著的磁場信號轉化為電阻阻值變化，在外加電勢作用下將變化的電阻值轉化為電壓變化，通過信號處理電路的處理，模擬電壓信號進一步轉化成計算機可以識別的數字信號，實現此旋轉編碼器的編碼功能。目前，dingjian的光電編碼器控制精度更高，在先進制造等高精尖領域中具備更優異的表現；而磁編具備良好的抗震動抗油污等特性，具備較強的易用性和較高的性價比，在機床等領域有廣泛應用。就編碼器而言，主要看分辨率、精度以及重復精度等。伺服電機是伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機作為執行元件，作用是將伺服控制器的脈沖信號轉化為電機轉動的角位移和角速度，其主要由定子和轉子構成。機器人的關節驅動離不開伺服電機，關節越多，其柔性和精度的要求就越高，所需的伺服電機數量就越多。機器人對伺服電機的要求較高，必須滿足快速響應、高啟動轉矩、大動轉矩慣量比、寬調速范圍，同時又要適應機器人的形體做到體積小、重量輕、加減速運動等要求。機器人以使用無刷直流電機(BLDC)為主流。如今一般伺服電機都追求高精度、高可靠性、高熱容量、高剛度、輕量化和高響應性等性能，例如空心杯電機、伺服電缸、無槽無刷電機等或將成為未來機器人領域伺服電機的發展趨勢。就電機而言，主要看轉速、功率、扭矩、震動、噪音、加/減速度、尺寸、壽命、響應時間等。▲伺服電機示意圖02   伺服系統產業鏈伺服系統上游原材料供應充足，下游需求十分旺盛。伺服系統上游原材料包括電子元器件、IC芯片、五金件、PCB四大類，其中具體又包括連接器、電容器、晶體管、接口器件、處理器、隔離器件、壓鑄件、沖壓件等；伺服系統下游應用廣泛，涵蓋紡織、電子、機器人、醫療、光伏行業和鋰電等多個行業。目前以機器人、鋰電、光伏為代表的行業處于高景氣度區間，整體行業規模增速較高，未來有望有力支撐伺服系統的發展。伺服系統產業鏈03   伺服系統市場情況國產替代趨勢強勁，份額向國內龍頭企業集中。伺服經快速發展后進入增長放緩期。伺服市場的下游應用行業包括機械制造、汽車制造、電子設備制造、醫療設備制造、航空航天、半導體制造等領域。中國伺服市場規模在2019-2021年快速增長，Zui高達到2021的233.27億元。但2021-2023市場規模增速逐漸放緩，2022Q2-2023Q3呈現負增長。2023年，中國伺服市場規模達到213.55億元。▲2017-2023中國伺服市場規模經快速發展后進入放緩期伺服市場集中度在提升，國產新興伺服廠商不斷涌現。2018年至2023年，同服領域匯川技術、西門子、安川份額變化明顯，匯川份額提升22pct，西門子份額提升4.65pct，安川份額下降3.18pct。其中，匯川以超高的發展速度趕超外資，并連續三年保持中國市場份額第一，并且還在持續擴張中。市場集中度也在提升。2018-2023年伺服CR5市場份額出48.87%提升至59.41%(+10.27pct)，CR10出65.52%提升至76.6%(+11.08pct)頭部企業的市場集中更加明顯。