引言

伺服系统影响产业呆板人的疏通精度、节制速率和不乱性。伺服系统的硬件包罗伺服机电及伺服启动器，伺服启动器用来节制伺服机电，伺服机电完成精准节制呆板部件的地方、方位、形态等。

伺服启动器的的焦点元件IGBT模块的技艺壁垒在于加工与临盆一致性、伺服机电的焦点元件编码器的技艺壁垒在于插补算法的精度，其余，编码器袖珍化技艺也有待于攻破。伺服系统的破局点在于收缩节制柜的体积以完成产业呆板人的袖珍化。来日，国内伺服系统的进展趋向是袖珍化和高端出口替换。

一、伺服系统的根底效用

伺服启动系统（包罗伺服机电及伺服启动器）是产业呆板人的焦点部件，对呆板人的速率、精度、不乱性、牢靠性等目标都具备直接的影响。

（一）伺服机电是伺服启动系统中节制呆板元器件运行的带动机，也许精准节制速率、地方，也许将电压记号变化为转矩和转速以启动节制目标。

（二）伺服启动器用来节制伺服机电，正常颠末地方、速率和力矩三种方法对伺服机电举办节制，完成高精度的传动系统定位，现在是传动技艺的高端产物。

图：呆板人用伺服机电和伺服启动器；材料根源：华夏呆板人资产同盟（CRIA）。

伺服系统的进展经验了由液压、气动到电气的历程，个中电气伺服系统遵循所启动的机电表率分为直流和交换伺服系统。由于集成电路、交换可变速启动技艺和机电永磁材料制作工艺的进展，永磁交换伺服系统是合流的伺服系统。

二、伺服系统构成和限制成分

（一）伺服系统构成

伺服系统由伺服启动器发出记号给伺服机电启动其滚动，同时伺服机电中的编码器将伺服机电的疏通参数反应给伺服启动器，伺服启动器再对记号举办汇总、解析、批改。全面做事历程颠末闭环方法精准节制施行机构的地方、速率、转矩等输出变量。

图：协调呆板人和产业呆板人

伺服系统的硬件包罗伺服机电及伺服启动器，伺服启动器用来节制伺服机电，伺服机电完成精准节制呆板部件的地方、方位、形态等。伺服启动器的的焦点元件是IGBT模块、伺服机电的焦点元件是编码器。

伺服机电编码器是安置在伺服机电末尾用来丈量伺服机电转角及转速的一种传感器，时常内置在伺服机电未端。现在自控系统率域罕用的是光电编码器和磁电编码器。

光电式编码器进度重要由码盘刻度线精度决意，其技艺难点就在于码盘的加工临盆。

图：光电编码器做事道理

磁电式编码器行使磁场感觉元器件接替码盘，是以也许在提高精度的同时保证体积相对较小。不过磁电编码器价钱对照昂贵，现在仅在精度请求、工况请求相对较高的范围实用，跟着来日磁场感觉元器件价钱的下落，磁电式编码器将会有接替光电式编码器的趋向。

（二）IGBT模块国内起步较晚，临盆一致性的技艺壁垒限制伺服启动器进展

IGBT模块是由多个IGBT芯片与FWD芯片颠末特定的电路封装而成的模块化半导体产物，封装后的IGBT模块直策应用于变频器、UPS不中断电源等设置上。从机能上来讲，IGBT模块便是一个电路开关，长处便是用电压节制，饱和压降小，耐压高，俗称电力电子安设的“CPU”。

图：IGBT模块机关简图根源：《半导体行业考察》

个中，IGBT芯片是一种复合电压启动式功率半导体器件,兼有高输入阻抗和低导通压降两方面的长处。在制作IGBT芯片刻重要有下列难点：1.计划难。IGBT举办芯片计划时的详细参数特地繁杂，对技艺程度有很高的请求。2.工艺难。IGBT对反面工艺和减薄工艺请求很高，但国内工艺仍较后进。3.下游认证周期长。IGBT芯片属于门坎很高的电力电子焦点器件，是下列游厂商会颠末量重测试步骤才敢大宗量投入。

将多个IGBT芯片和FDW芯片集成封装在一同构成IGBT模块是一大技艺难点。这个中还包罗有焊接技艺、键合技艺、罐封技艺以及原料节制步骤。

在伺服启动器方面，由于国内呆板人资产起步较海外晚，不够有研发气力的产业呆板人专用伺服启动器厂商。与海外产物比拟，国内的伺服系统在功能目标、不乱性、机能先进性方面都再有确定差异。

IGBT的技艺壁垒重要在它的临盆一致性上，正常环境下须要3-5年的时光去考证IGBT模块在参数、功能高等目标上是不是达标、是不是切合一致性。华夏企业比亚迪于年推出首款车规级IGBT1.0技艺，打垮了国际厂商操纵，完成了我国在IGBT芯片技艺上零的攻破。年以来，像瑞能半导体、广东芯聚能半导体等国产企业在芯片计划、晶圆制作、模块封装等全面资产链根底都已有布局。全体来看，华夏IGBT资产链正逐渐完备国产替换能耐。

图：三菱IGBT模块CMDY-12NF

图：华夏IGBT资产链

（三）高端编码器依赖出口，中低端已完成国产替换

在伺服机电方面，遵循民生证券《电子行业功率器件深度汇报：功率的反攻，看动力干线下国产厂商振兴之路》，据MIR统计，寰球伺服机电须要量在年到达万台，同比增进3.20%，而目下国内伺服机电墟市仍被日本和西欧品牌占领泰半，国产物牌的市占率仅为20%左右，且重要以低端伺服机电为主。

图：年上半年华夏伺服机电行业墟市份额；数据根源：民生证券钻研所

外资企业中日系品牌（安川机电、松下机电、三菱机电、三洋机电等公司）凭仗杰出的产物功能与极具比赛力的价钱操纵了中袖珍设置墟市。

而欧系品牌，如西门子、伦茨、路斯特、倍福、博世力士乐、施耐德等公司，凭仗其高牢靠性（过载能耐强，动态相应好，启动器盛开性好，且具备总线接口）紧紧占领高端墟市，国内企业所占份额较低。

伺服机电的焦点技艺之一是高精度的编码器，现在我国呆板人的伺服机电所用的多圈绝对值编码器严峻依赖出口。其余，编码器的袖珍化和何如实用于集成芯片伺服机电本质的集成计划也是伺服机电袖珍化绕不昔时的焦点技艺。

图：多圈绝对值编码器

编码器的焦点技艺壁垒在于插补算法。呆板人的地方传感器探测到点角度后在编码器内颠末算法言语举办细分，细分为千级、万级致使十万级以上的精度，而这边的细分精度恰是编码器的技艺难关地址。

图：插补算法示企图

三、伺服系统的墟市格局

永恒以来，伺服系统墟市重要被日本和西欧国度的企业所占领。下列图所示，日系品牌占领了高出50%的墟市份额，安川机电、松下机电、三菱机电、三洋机电等品牌操纵了我国中袖珍OEM墟市，而在大型伺服墟市上，西门子、伦茨、路斯特、倍福、博世力士乐、施耐德等欧系品牌也把握着保守上风。

图：年华夏伺服系统重要提供商墟市范围；数据根源：禾川科技招股书

遵循禾川科技招股书，我国的伺服系统资产起步较晚，年往后跟着产业呆板人进展的逐渐提速，国产伺服技艺研发程度正陆续提高，同时，国产伺服系统墟市接管度亦逐渐提高，国产伺服系统出口替换的步调加速，国产物牌在伺服系统的振兴之势愈创造显。

下列图所示，遵循禾川科技招股书，年国产伺服品牌的墟市范围达49.64亿元，同比增进34.40%。年国产化率已达24.50%，年激昂至27.22%。

图：-年国产物牌伺服墟市范围及增速；数据根源：禾川科技招股书

四、伺服系统的破局点

时常而言，在产业呆板人的伺服系统中，伺服启动节制器都集结储蓄在机电节制柜中，而由于伺服机电的体积是相对不乱的，以是机电节制柜的体积巨细决意了产业呆板人的体积巨细。

在主动化产线的时光，产业呆板人更小的体积象征着更大的生漫空间，比方小体积的产业呆板人也许分开布置在更多工位上，构成份布式运做，提高效率。是以，收缩伺服系统机电节制柜的体积，从而促进产业呆板人的袖珍化，是目下伺服系统的破局点。

图：保守伺服节制柜

图：汇川高集成袖珍伺服节制柜

来日，国内伺服系统的进展趋向是袖珍化、高端出口替换以及算法的高端化，重要针对往常由海外产物占领的中高端墟市，这一方面是由于现在低端墟市曾经成为厂商间价钱战的红海；另一方面是由于比年来国内涵伺服系统方面的技艺曾经根底超过海外，国表里间的差异比拟前几年曾经显著收缩。

业余术语

1、伺服机电：指在伺服系统中节制呆板元件运行的带动机，也许节制速率和地方精度，将电压记号变化为转矩和转速以启动节制目标。

2、伺服启动器：用来节制伺服机电的一种节制器，其效用好似于变频器效用于平常交换马达，属于伺服系统的一部份，重要应用于高精度的定位系统。

3、IGBT芯片模块：绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOSFET（绝缘栅型场效应管）构成的复合全控型电压启动式功率半导体器件，兼有MOSFET（绝缘栅型场效应管）的高输入阻抗和GTR（双极型三极管）的低导通压降两方面的长处。

4、编码器：是将记号（如比特流）或数据举办编制、变换为可用以通信、传输和保存的记号模式的设置。

5、自控范围：是指用一些主动节制安设,对临盆中某些关键性参数举办主动节制，使它们在遭到外界侵犯(扰动)的影响而偏离寻常形态时,也许被主动地调理而回到工艺所请求的数值范畴内。

6、光电编码器：颠末光电码盘反射光记号数目断定机电转子滚动角度，而磁电编码器颠末磁场感觉元器件来感觉机电转子滚动所带来的磁场变动来断定机电转子地方。

7、码盘：是指丈量角位移的数字编码器。它具备分辩能耐强、丈量精度高和做事牢靠等长处，是丈量轴转角地方的一种最罕用的位移传感器。

8、转矩：又称为扭矩，指呆板元件在转矩效用下城市构成确定程度的旋变化形。

9、转速：做圆周疏通的物体单元时光内沿圆周绕圆心转过的圈数（与频次不同）。

10、多圈绝对值编码器：由呆板地方断定编码，它无需印象，无需找参考点，并且不必一向计数，甚么时分须要了解地方，甚么时分就去读取它的地方。绝对型编码器有量程范畴，适实用在一些特别机床上。

11、插补算法：插补谋略便是对数控系统输入根底数据(如直线的起始、止境坐标，圆弧的起始、止境、圆心坐标等)，应用确定的算法谋略，遵循谋略成果向相应的坐标发出进给指令。对应着每一进给指令，机床在相应的坐标方位上挪移确定的间隔，从而加工开工件所需的概况形态。

12、节制柜：节制柜是按电气接线请求将开关设置、丈量仪容、庇护电器和扶助设置组装在关闭或半关闭金属柜中或屏幅上。借丈量仪容可显示运行中的种种参数，还可对某些电气参数举办调度，对偏离寻常做事形态举办提醒或发出记号。

13、集成计划：它操纵当代讯息技艺把保守产物计划历程中相对自力的阶段、行动及讯息有用的分离起来，强调产物计划及其历程同时交错举办，淘汰计划历程的屡次屡次，尽力使产物开拓人员在计划一着手就斟酌到产物全面性命周期中从观点构成到产物报废处置的一切成分，从而最大限度地提高计划效率、下降临盆成本的计划办法

材料根源

1、宋晓刚《华夏策略性新兴资产钻研与进展：产业呆板人》

2、民生证券《电子行业功率器件深度汇报：功率的反攻，看动力干线下国产厂商振兴之路》

3、高工呆板人

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