一、行業(yè)相關定義及其分類

伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可以控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。

根據(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國伺服電機市場競爭現(xiàn)狀調研與投資戰(zhàn)略評估報告(2023-2030年)》顯示，伺服電機分為直流和交流伺服電動機兩大類。其中、交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，運動控制中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率;直流伺服電機分為有刷和無刷電機，其成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便(換碳刷)，產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。

二、行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

雖然我國伺服產(chǎn)品起步較晚，但近年來隨著下游工業(yè)機器人、電子制造設備等等產(chǎn)業(yè)迅速擴張，伺服電機在新型產(chǎn)業(yè)的應用規(guī)模增長迅速，整體市場規(guī)模也不斷增長。目前我國伺服電機正處于成長階段。數(shù)據(jù)顯示，2021年我國伺服電機市場規(guī)模達169億元，同比增長13.42%。預計2022年我國伺服電機市場規(guī)模將達到181億元。

伺服電機是一種在機械行業(yè)中廣泛應用的關鍵設備。它的應用場合無處不在，發(fā)揮著重要的作用。

伺服電機通過接收控制信號，能夠精確地控制轉動角度和轉速。這使得它成為許多機械設備的理想選擇。在自動化生產(chǎn)線上，伺服電機被廣泛應用于各種工藝中，如裝配、包裝和搬運。它們能夠實現(xiàn)高精度定位和運動控制，提高生產(chǎn)效率和質量。

在機械制造過程中，伺服電機也扮演著重要的角色。它們被應用于數(shù)控機床、切割設備和注塑機等設備中，為工件加工提供精準的動力輸出。伺服電機的高速響應和穩(wěn)定性使得機械加工過程更加可靠和高效。

此外，伺服電機還廣泛應用于機器人技術領域。機器人需要準確地感知和控制其運動，以完成各種任務。伺服電機作為機器人關節(jié)驅動裝置，能夠提供高精度的運動控制，使機器人能夠靈活地執(zhí)行各種復雜動作。

除了機械行業(yè)，伺服電機在其他領域也得到了應用。例如，它們被廣泛用于醫(yī)療設備、航空航天和電子設備中。在醫(yī)療設備中，伺服電機用于控制手術機器人和影像設備，為醫(yī)生提供精確的操作和診斷結果。在航空航天領域，伺服電機被用于控制飛行器的各種運動，確保飛行安全和穩(wěn)定性。在電子設備中，伺服電機則用于硬盤驅動器和自動對焦相機等領域。

總而言之，伺服電機的應用場合非常廣泛，涵蓋了機械行業(yè)的各個領域。其高精度、高效率的特點，使得它成為現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺的設備。隨著科技的不斷發(fā)展，相信伺服電機的應用將會進一步擴大，為各行各業(yè)帶來更多便利和創(chuàng)新。

機電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結構類型繁多，就從自動控制理論的角度來進行分析，伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對象、檢測環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、執(zhí)行環(huán)節(jié)等五部分。

1、控制器

控制器通常是PID控制電路或計算機， 控制器主要任務是對比較元件輸出的偏差信號進行變換處理，用來控制執(zhí)行元件按要求動作。

2、被控對象

被控對象多指一些機械參數(shù)量，例如：位移、加速度、力、速度和力矩等。

3、執(zhí)行環(huán)節(jié)

執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用是按控制信號的規(guī)則，將輸入的各形式能量轉化成機械能，驅動被控對象工作。

4、檢測環(huán)節(jié)

檢測環(huán)節(jié)是指能夠對輸出進行測量并轉換成比較環(huán)節(jié)所需要量綱的裝置，一般包括傳感器(編碼器)和轉換電路。

5、比較環(huán)節(jié)

比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進行比較，以獲得輸出與輸入之間的偏差信號。這個環(huán)節(jié)通常由專門的電路或計算機來實現(xiàn)。

伺服系統(tǒng)的現(xiàn)狀

1、伺服驅動產(chǎn)品

1.1伺服電機

按容量將其分為大容量、中容量、小容量、超小容量(MINI型)四種類型。其中，功率在22―55KW之間為大容量型，功率在300W―15KW之間為中容量型，功率在30―750W之間為小容量型，功率在10―20W之間為超小容量型。

1.2編碼器

現(xiàn)在以信號線數(shù)量是5根的新型的位置編碼器居多，分為絕對值型和增量型兩種，具有62.5μs的通信周期，12位的數(shù)據(jù)長度，4 M/s的通信速率，高達20 bit/rev編碼器分辨率，也就是說每轉生成100萬個脈沖，有高達6000 r/min的轉速，且僅用16μA電流。

除了光電編碼器之外，磁編碼器值得關注。磁編碼器的重量和體積都比光電編碼器小幾十倍，溫度范圍更寬，幾乎不怕沖擊和振動。其工作原理非常簡單，磁編碼器的定子是一顆內嵌霍爾磁敏元件和DSP的芯片，體積可以小到MSOP-24封裝，它的轉子是一顆兩極磁鋼。它的分辨率是16位，精度是12位。

1.3伺服控制單元

伺服控制單元也叫伺服控制器或是伺服驅動器。雖有較低成本、較快的相應速度、連續(xù)性較好的特點，但傳統(tǒng)模擬控制會因為溫度升高發(fā)生漂移，調試系統(tǒng)不易掌握，柔性化設計實現(xiàn)難，無法完成復雜的計算，對現(xiàn)代控制理論指導下的控制算法無法實現(xiàn)等。

1.4上位控制

從上面的CNC控制器、運動控制器及可編程控制器(PLC)，能連接到底端的CNC控制器、通用輸入/輸出(I/O)控制單元。可控制單軸，在高達44軸的模式下也可控制，從模擬到網(wǎng)絡不同類型的信號可通過控制器進行連接。

2、比較直流與交流伺服系統(tǒng)

液壓的伺服系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為電氣伺服系統(tǒng)，存在直流(DC)和交流(AC)兩種類型之分。

直流伺服電機流行于20世紀70年代，但在70年代末至80年代初，其逐漸被交流伺服驅動技術取代，且當時工業(yè)領域實現(xiàn)自動化的基礎技術就包括交流伺服驅動技術。

由于電機本身有一定缺陷，所以直流伺服驅動技術發(fā)展受到了影響。因直流伺服電機結構復雜、轉子在運行過程中溫度逐漸升高，使其無法精準確地連接其他機械設備，而且在大容量和高速的情況很難派上用場。因此，直流伺服驅動技術機械轉向器的發(fā)展瓶頸就產(chǎn)生了。

負荷特性和低慣性是交流伺服電機兩大特點。這個就體現(xiàn)了交流伺服電機的比較優(yōu)勢。因為直流伺服電機換向器、電刷等部件所造成的各種問題在交流伺服電機中都被避免了，因此，包括工廠自動化(FA)在內的許多領域都廣泛使用交流伺服系統(tǒng)。

. 優(yōu)點

1.1 高精度伺服電機通過反饋控制系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)高精度的位置控制，適用于需要高精度控制的場合。

1.2 高效率伺服電機在運行時能夠保持高效率，能夠節(jié)省能源，適用于需要長時間運行的場合。

1.3 快速響應伺服電機能夠快速響應控制信號，能夠適應高速運動的場合。

1.4 廣泛應用伺服電機被廣泛應用于機器人、自動化設備、數(shù)控機床等領域，具有很大的市場潛力。

2. 缺點

2.1 價格高伺服電機的價格相對較高，適用于對價格要求不高的場合。

2.2 控制系統(tǒng)復雜伺服電機的控制系統(tǒng)相對較為復雜，需要專業(yè)人員進行調試和維護。

2.3 需要專用設備伺服電機需要配合專用設備才能發(fā)揮其優(yōu)勢，適用于需要高精度、高效率的場合。

3. 應用場合

3.1 機器人伺服電機在機器人領域有著廣泛的應用，能夠實現(xiàn)機器人的高精度運動控制。

3.2 自動化設備伺服電機能夠實現(xiàn)自動化設備的高精度控制，適用于需要長時間運行的場合。

3.3 數(shù)控機床伺服電機在數(shù)控機床領域有著廣泛的應用，能夠實現(xiàn)高精度的工件加工。

伺服電機作為一種高精度、高效率的電機，具有廣泛的應用場合。雖然伺服電機存在一些缺點，如價格高、控制系統(tǒng)復雜等，但在需要高精度、高效率的場合，伺服電機仍然是一種不可替代的選擇。