伺服系統(tǒng)是工業(yè)自動化的重要組成部分，是自動化行業(yè)中實現(xiàn)精確定位、精準(zhǔn)運(yùn)動必要途徑。伺服系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的突破，將極大地提升中國智能制造的技術(shù)水平和市場競爭力。

中國伺服市場規(guī)模

國家對機(jī)器人行業(yè)以及“工業(yè)4.0”的積極推動，刺激了伺服的市場需求增長，特別是網(wǎng)絡(luò)型伺服、總線型伺服系統(tǒng)得到了快速發(fā)展。整體來看，近幾年來伺服市場仍保持著較高的增速。

預(yù)計未來隨著工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的深化、工業(yè)自動化的進(jìn)一步突進(jìn)和智能制造的深入推進(jìn)，伺服市場將會出現(xiàn)新一輪爆發(fā)式增長，到2020年，中國伺服市場規(guī)模將達(dá)到254億元。

2015-2020年中國伺服市場規(guī)模

伺服系統(tǒng)是以變頻技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的產(chǎn)品，是一種以機(jī)械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)除了可以進(jìn)行速度與轉(zhuǎn)矩控制外，還可以進(jìn)行精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。

伺服系統(tǒng)工作方式

目前應(yīng)用最為廣泛的電氣伺服系統(tǒng)，通常伺服系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)，以及伺服反饋裝置（編碼器）。伺服驅(qū)動器屬于自動化控制系統(tǒng)中的驅(qū)動層，伺服電機(jī)屬于執(zhí)行層。伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)如今已經(jīng)成為智能制造的必備品。

伺服系統(tǒng)的工作過程可以簡單理解為上位機(jī)（PLC、控制卡）發(fā)出脈沖信號驅(qū)動伺服電機(jī)，由上位機(jī)來控制整個伺服運(yùn)動，編碼器是一個反饋單元，用來檢查伺服電機(jī)執(zhí)行了多少脈沖信號并反饋給驅(qū)動器，從而進(jìn)行精確閉環(huán)控制。

伺服電機(jī)編碼器是安裝在伺服電機(jī)末端用來測量伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速的一種傳感器，通常內(nèi)置在伺服電機(jī)末端。伺服電機(jī)編碼器，目前自控領(lǐng)域常用的是光電編碼器和磁電編碼器。光電編碼器通過光電碼盤反射光信號數(shù)量確定電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動角度，而磁電編碼器通過磁場感應(yīng)元器件來感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動所帶來的磁場變化來確定電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。

光電式編碼器進(jìn)度主要由碼盤刻度線精度決定，精度越高，刻度線越多，碼盤體積越大，其技術(shù)難點就在于碼盤的加工生產(chǎn)；磁電式編碼器使用磁場感應(yīng)元器件代替碼盤，因此可以在提高精度的同時保證體積相對較小，所以在高精度但對編碼器體積有要求的前提下使用磁電編碼器，同時磁電式編碼器采用的磁場感應(yīng)工作原理，相對于光反射過程相對簡單，過程更為可靠。但是磁電編碼器價格比較昂貴，目前僅在精度要求、工況要求相對較高的領(lǐng)域適用，隨著未來磁場感應(yīng)元器件價格的下降，磁電式編碼器將會有替代光電式編碼器的趨勢。

編碼器作為伺服系統(tǒng)的信號反饋裝置，很大程度上決定了伺服系統(tǒng)的精度。伺服驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)帶著編碼器旋轉(zhuǎn)，編碼器的反饋型號輸送到控制器，控制器就能知道電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，從而得出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，移動位置和移動距離等。控制器根據(jù)編碼器反饋的信號經(jīng)過計算得出偏差結(jié)果，再次控制電機(jī)運(yùn)動，糾正偏差，從而精確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、位置、距離和力矩等系統(tǒng)變量。

伺服編碼器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

編碼器技術(shù)作為伺服系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，高精度編碼器研發(fā)難度非常大，目前國內(nèi)和國外的伺服系統(tǒng)大部分廠商都是匹配第三方編碼器。目前世界上編碼器龍頭企業(yè)是德國Heidenhain公司，其產(chǎn)品選型范圍廣，品種齊全；比較著名的公司還有日本的尼康和佳能，他們憑借在光學(xué)儀器生產(chǎn)中常年積累的經(jīng)驗，生產(chǎn)的光電式編碼器具有性能穩(wěn)定，精度高，使用壽命長等優(yōu)點。

隨著國內(nèi)研發(fā)投入的不斷提高，目前部內(nèi)企業(yè)已經(jīng)掌握編碼器技術(shù)，比如匯川技術(shù)已經(jīng)能夠生產(chǎn)出達(dá)到國際領(lǐng)先水平的23位編碼器，從而降低了整個伺服系統(tǒng)的制造成本，在行業(yè)競爭中取得優(yōu)勢。

伺服系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢

數(shù)字化、智能化、簡易化、網(wǎng)絡(luò)化和高效化是伺服系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢。隨著電子技術(shù)水平的不斷提高，伺服系統(tǒng)的發(fā)展也在不斷升級。現(xiàn)代伺服系統(tǒng)多采用交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)，隨著工業(yè)4.0、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等理論的提出，現(xiàn)代伺服系統(tǒng)正逐漸向數(shù)字信號控制、網(wǎng)絡(luò)模塊控制方向轉(zhuǎn)變。數(shù)字控制技術(shù)、總線控制技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)已經(jīng)逐漸被高端伺服廠商采用。隨著智能制造的逐步發(fā)展，五大發(fā)展趨勢將逐步顯現(xiàn)。

1．?dāng)?shù)字化

數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制電路在伺服系統(tǒng)中是一種必然趨勢。以模擬電子器件為主的伺服控制單元將會被采用全數(shù)字處理器的伺服控制單元全面取代。在伺服控制方面將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖刂疲员阍谒欧到y(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)的控制方法。數(shù)字化控制相比傳統(tǒng)控制方法，在響應(yīng)數(shù)度和運(yùn)動精度等方面得到了全面提升。

2．智能化

智能化主要是指伺服驅(qū)動器智能化。目前伺服內(nèi)部控制核心大都采用新型高速微處理器和專用數(shù)字信號處理機(jī)（DSP），，伺服系統(tǒng)數(shù)字化是其實現(xiàn)智能化的前提條件。智能化趨勢是運(yùn)行參數(shù)都可以通過人機(jī)對話的方式來設(shè)置；故障自診斷與分析；參數(shù)自動修正的功能等。

3．簡易化

簡易化不是簡單而是精簡，是根據(jù)用戶情況，將用戶使用的伺服功能予以強(qiáng)化，使之專而精，而將不使用的一些功能予以精簡，從而降低了伺服系統(tǒng)成本，為客戶創(chuàng)造更多的收益，嘗試從客戶的實際需要出發(fā)，形成簡易模塊化編程操作，使客戶使用簡便快捷。

4．網(wǎng)絡(luò)化

即構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)型、總線型伺服系統(tǒng)。現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備和控制裝置之間實行雙向、串形、多結(jié)點的數(shù)字通信技術(shù)，構(gòu)建總線型伺服是實現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的必要途徑之一。

5．高效化

伺服系統(tǒng)將會采用更精度的編碼器，提高系統(tǒng)的采樣精度，同時提高伺服驅(qū)動器的產(chǎn)品性能，不斷優(yōu)化逆變器驅(qū)動電路，提供更快數(shù)據(jù)處理速度和伺服系統(tǒng)的加減速性能。