摘要：伺服系统是指以位置、速度、转矩为控制量，能够动态跟踪目标变化从而实现自动化控制的系统。伺服系统是工业自动化的核心部件，由伺服驱动器、伺服电机、编码器组成，编码器一般安装在伺服电机内。伺服系统通过伺服电机输出给定的位置、转速或扭矩，实现对机械的精准控制。

①伺服系统特征

伺服系统是指以位置、速度、转矩为控制量，能够动态跟踪目标变化从而实现自动化控制的系统。伺服系统是工业自动化的核心部件，由伺服驱动器、伺服电机、编码器组成，编码器一般安装在伺服电机内。伺服系统通过伺服电机输出给定的位置、转速或扭矩，实现对机械的精准控制。

伺服驱动器通过现场总线、脉冲或者模拟量的形式接收 PLC 的运行指令，然后将收到的指令解析为控制伺服电机运行的位置、转速或转矩命令，输出驱动伺服电机运动的电压和电流；伺服电机将收到的电压和电流转化为机械运动以驱动控制对象；编码器安装在伺服电机上，与电机同步旋转，将电机运动的速度和位置信息发送回伺服驱动器。伺服驱动器采用闭环控制的方法，调节输出到电机的电压和电流、使伺服电机的运行跟随 PLC 的运行指令。

伺服系统目前主要包括交流伺服系统、直流伺服系统和步进系统三类：

交流伺服系统：交流伺服电机通过驱动器磁场换向实现电流的精确通知，同时它具备转矩密度大、效率高、力矩大，响应快、可靠性高等特点，在工业场景应用广泛。根据不同的电机运行原理，交流伺服系统可分为永磁同步交流伺服系统、感应交流伺服系统、磁阻同步交流伺服系统和无刷直流伺服系统。

直流伺服系统：直流伺服系统由直流伺服驱动器和直流伺服电机组合构成。直流伺服电机通过电刷进行换向，驱动器只需输出正负直流电机即可驱动电机正反运行。由于直流电机的输出特性，它的力矩线性、平稳，通常被用在高精密的控制领域。同时，直流伺服电机可配备编码器形成闭环系统。因此，直流伺服系统可准确掌握电机的转动情况，实现精确的定位。

步进系统：步进系统由步进驱动器和步进电机组合构成，步进驱动器接收指令信号后，驱动步进电机按设定的方向转动固定的角度，因此可通过驱动器发出的控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。步进系统通常为开环系统，在步进电机添加编码器后也可形成闭环控制系统。

伺服系统是高端装备、智能制造装备实现自动控制的核心功能部件，伺服系统的应用不仅能够显著提升设备的加工速度和精度，更为重要的是，伺服系统可以赋予生产设备更加灵活的生产能力。通过控制指令的改变和参数的设置，伺服系统可以通过改变设备运行的速度和位置来满足生产不同规格产品的需求，无需人工调整生产设备即可实现生产订单的切换，降低人工操作调整带来的不确定性和不稳定性。因此，伺服系统目前广泛地应用于各种装备制造行业。

②伺服系统发展历程

伺服系统的发展主要经历了机械、液压、电气化伺服三个阶段，现代意义上的伺服系统通常是指电气伺服，电气伺服又走过几个不同的历史阶段：

（1）第一阶段：20 世纪 60 年年代前。电气伺服系统普遍采用功率步进电机作为动力源，一般不设计反馈回路，以开环控制为主；

（2）第二阶段：20 世纪 60 年-70 年代。直流电机开始广泛应用于电气伺服领域，这一阶段主要以直流有刷电机作为驱动源，多用旋转变压器、测速发电机、编码器等传感装置构成闭环控制系统；

（3）第三阶段：20 世纪 80 年代以来。新技术及新材料的飞跃促使电气伺服进入交流伺服时代，执行电机通常以永磁同步电机为代表，并逐步占据了当今伺服领域主要市场。随着计算机和数字技术的快速发展，交流伺服系统性能得到不断提升。

目前电气伺服系统主要分为直流伺服系统和交流伺服系统。直流伺服电机由于具有低电枢感应电抗，因此可实现精确和快速的启动或停止功能。它们多用于能通过微控制器或计算机控制的装备上。交流伺服电机包含编码器，它与控制器起提供闭环控制和反馈。交流伺服电机都有更先进的设计，同时配备更优良的轴承，交流伺服电机的工作电压更高，因此扭矩也更大，精度也更高，交流伺服电机主要运用于机器人、自动化装备和 CNC 等机械设备上。

③伺服系统的市场规模

2023年中国伺服系统市场规模约220亿元，同比增长6.8%，2024年市场规模约为234亿元。

中国伺服系统行业市场集中度较高，市场份额排名前五的品牌占比超过50%。在国内市场中，汇川 技术 市场份额占比排名第一，市占率达28.2%。其次分别为西门子、安川、三菱电机、台达，市场份额分别为10.4%、8.4%、6.1%、5.9%。

④伺服系统的竞争格局

20 世纪 70 年代开始，国外伺服系统技术发展迅速，产生了德国西门子、法国施耐德、日本松下、日本三菱电机、日本安川等国际知名企业。其中，日本品牌以良好的性价比和较高的可靠性占据了我国较大的市场份额，在中低端设备市场中具有优势，而欧美品牌凭借较高的产品性能在高端设备中占据优势。

我国伺服系统的自主研发起步较晚，目前该领域主要的自主研发生产企业起步于 2000年以后。通过引进、消化吸收国际先进技术等举措，国内企业自主研发的伺服系统开始进入快速发展阶段，国产伺服系统产品质量和技术水平不断提升，并逐渐在国内市场中取得一定的份额。

目前，外资品牌在我国伺服系统市场的份额占比仍然较高，其中日系品牌优势突出，安川、三菱、松下三家日系企业 2021 年的合计市场份额达 30%。但国内企业伺服系统产品成长快速，特别是汇川技术，其 2021 年的市场份额已达 16%，成为行业第一。

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来源：思瀚研究院