现代交流伺服系统技术和市场发展综述

1、现代交流伺服系统技术和市场发展综述（时光科技有限公司华南办事处 刘孙亮）摘要：本文首先从从历史的的角度介介绍了现现代交流流伺服系系统从电电机控制制的大家家族中脱脱颖而出出的过程程，并从技术和市市场两个个方面展展示了当当今交流流伺服系系统的发发展状况况，重点点放在国国内外市市场、技技术、产品和厂商商竞争策策略的对对比上，希希望给关关心中国国交流伺伺服产业业成长的的人们一一个全景景式扫描描。概述1 历史史的角度度看电机机发展1800 年伏特特发明电电池，是是电气出出现的开开端，电电动机的的诞生和和发展在在这之后后可以分分成几个阶段。从从18220 年年一直到到整个119 世世纪末叶叶，发现现了电磁

2、磁现象以以及相关关的各种种法则，诞诞生了交流电电机的原原型，并并确立了了电机的的工业运运用。从从20 世纪开开始一直直到19970 年代，是是电动机的成成长和成成熟期，有有刷直流流电机、感感应电动动机、同同步电动动机和步步进电动动机等各各种电机相继诞诞生，半半导体驱驱动技术术和电子子控制概概念引入入，带来来变频驱驱动的实实用化。从从19770年代到200 世纪纪末期，计计算技术术的飞跃跃发展为为发展高高性能驱驱动带来来了机会会，随着着设计、评价、测量量、控制制、功率率半导体体、轴承承、磁性性材料、绝绝缘材料料、制造造加工技技术的不不断进步，电动机机本体经经历了轻轻量化、小小型化、高高效化、高高

3、力矩输输出、低低噪音振振动、高高可靠、低成本等一一系列变变革，相相应的驱驱动和控控制装置置也更加加智能化化和程序序化。进进入211 世纪纪，在以多媒体体和互联联网为特特征的信信息时代代，电动动机和驱驱动装置置继续发发挥支撑撑作用，向向节约资源、环境境友好、高高效节能能运行的的方向发发展。永磁无刷直直流电机机（Brrushhlesss DDC MMotoor）就就是随着着永磁材材料技术术、半导导体技术术和控制制技术的发展展而出现现的一种种新型电电机。无无刷直流流电机诞诞生于220 世世纪500 年代代，并在在60 年代开始用于于宇航事事业和军军事装备备，800 年代代以后，出出现了价价格较低低的

4、钕铁铁硼永磁磁，研发发重点逐步推推广到工工业、民民用设备备和消费费电子产产业。本本质上，无无刷直流流电机是是根据转转子位置反馈信息息采用电电子换相相运行的的交流永永磁同步步电机，与与有刷直直流电机机相比具具有一系系列优势，近年得得到了迅迅速发展展，在许许多领域域的竞争争中不断断取代直直流电机机和异步步电动机机。进入入90 年代代之后，永永磁电机机向大功功率、高高功能和和微型化化发展，出出现了单单机容量量超过110000KW，最高转速超超过30000000rppm，最最低转速速低于00.011rpmm，最小小体积只只有0.8x11.2mmm 的品种种。实际上，永永磁无刷刷直流电电机和本本文重点点

5、论述的的永磁交交流伺服服电机都都属于交交流永磁磁同步电电机。按照反反电动势势波形和和驱动电电流的波波形，可可以将永永磁同步步电机分分为方波波驱动和和正弦波波驱动型，前前者就是是我们常常说的无无刷直流流电机，后后者又称称为永磁磁同步交交流伺服服电机，主主要用于伺服控控制的场场合。那那么，伺伺服是什什么含义义呢？伺伺服控制制的基本本性能如如何衡量量呢？2 交流流伺服概概念引入入、基本本性能和和控制方方法伺服来自英英文单词词Serrvo，指指系统跟跟随外部部指令进进行人们们所期望望的运动动，运动动要素包包括位置、速度度和力矩矩。伺服服系统的的发展经经历了从从液压、气气动到电电气的过过程，而而电气伺伺

6、服系统包括伺服服电机、反反馈装置置和控制制器。在在20 世纪600 年代代，最早早是直流流电机作作为主要要执行部件，在在70 年代以以后，交交流伺服服电机的的性价比比不断提提高，逐逐渐取代代直流电电机成为为伺服系统的主主导执行行电机。控控制器的的功能是是完成伺伺服系统统的闭环环控制，包包括力矩矩、速度度和位置等。我我们通常常说的伺伺服驱动动器已经经包括了了控制器器的基本本功能和和功率放放大部分分。虽然然采用功率步步进电机机直接驱驱动的开开环伺服服系统曾曾经在990 年年代的所所谓经济济型数控控领域获获得广泛使用，但但是迅速速被交流流伺服所所取代。进进入211 世纪纪，交流流伺服系系统越来来越成

7、熟熟，市场呈现快速速多元化化发展，国国内外众众多品牌牌进入市市场竞争争。目前前交流伺伺服技术术已成为为工业自动化的支支撑性技技术之一一。在交流伺服服系统中中，电动动机的类类型有永永磁同步步交流伺伺服电机机（PMMSM）和和感应异异步交流流伺服电机（IM），其中，永磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范范围宽广广、动态态特性和和效率都都很高，已已经成为为伺服系系统的主主流之选选。而异异步伺服电机虽然然结构坚坚固、制制造简单单、价格格低廉，但但是在特特性上和和效率上上存在差差距，只只在大功率场合得得到重视视。本文文讨论的的重点将将放在永永磁同步步交流伺伺服系统统上。交流伺服

8、系系统的性性能指标标可以从从调速范范围、定定位精度度、稳速速精度、动动态响应应和运行行稳定性等方面来来衡量。低低档的伺伺服系统统调速范范围在11：10000 以以上，一一般的在在1：500001：100000，高性性能的可可以达到到1：1000000 以上；定位精精度一般般都要达达到1 个脉脉冲，稳稳速精度，尤其其是低速速下的稳稳速精度度比如给给定1rrpm 时，一一般的在在0.11rpmm 以内内，高性性能的可以达到0.001rppm 以以内；动动态响应应方面，通通常衡量量的指标标是系统统最高响响应频率率，即给给定最高频率率的正弦弦速度指指令，系系统输出出速度波波形的相相位滞后后不超过过90

9、 度或者者幅值不不小于50。进进口三菱菱伺服电电机MRRJ3 系列的的响应频频率高达达9000Hz，而而国内主主流产品品的频率在20005000Hz。运运行稳定定性方面面，主要要是指系系统在电电压波动动、负载载波动、电电机参数变化、上上位控制制器输出出特性变变化、电电磁干扰扰、以及及其他特特殊运行行条件下下，维持持稳定运运行并保证一一定的性性能指标标的能力力。这方方面国产产产品、包包括部分分台湾产产品和世世界先进进水平相比差距较较大。在控制策略略上，基基于电机机稳态数数学模型型的电压压频率控控制方法法和开环环磁通轨轨迹控制制方法都都难以达到良良好的伺伺服特性性，目前前普遍应应用的是是基于永永磁

10、电机机动态解解耦数学学模型的的矢量控控制方法，这这是现代代伺服系系统的核核心控制制方法。虽虽然人们们为了进进一步提提高控制制特性和和稳定性，提出了了反馈线线性化控控制、滑滑模变结结构控制制、自适适应控制制等理论论，还有有不依赖赖数学模模型的模糊控控制和神神经元网网络控制制方法，但但是大多多在矢量量控制的的基础上上附加应应用这些些控制方法。还有有，高性性能伺服服控制必必须依赖赖高精度度的转子子位置反反馈，人人们一直直希望取取消这个个环节，发展展了无位位置传感感器技术术（Seensoorleess Conntrool）。至至今，在在商品化化的产品品中，采采用无位置传感感器技术术只能达达到大约约1：

11、1000 的调调速比，可可以用在在一些低低档的对对位置和和速度精度要求不不高的伺伺服控制制场合中中，比如如单纯追追求快速速起停和和制动的的缝纫机机伺服控控制，这这个技术的高高性能化化还有很很长的路路要走。3 交流流伺服在在我国的的发展历历史我国从19970 年代开开始跟踪踪开发交交流伺服服技术，主主要研究究力量集集中在高高等院校校和科研研单位，以军工工、宇航航卫星为为主要应应用方向向，不考考虑成本本因素。主主要研究究机构是是北京机机床所、西安微电机机研究所所、中科科院沈阳阳自动化化所等。80 年代之后开始进入工业领域，直到2000年，国产伺伺服停留留在小批批量、高高价格、应应用面狭狭窄的状状态

12、，技技术水平平和可靠靠性难以以满足工业需要。2000 年之后，随着中国变成世界工厂、制造业的快速发展为交流伺服提供了越来越大大的市场场空间，国国内几家家单位开开始推出出自己品品牌的交交流伺服服产品。目目前国内内主要的伺服品品牌或厂厂家有森森创（和和利时电电机）、华华中数控控、广数数、南京京埃斯顿顿、兰州州电机厂等。其中中华中数数控、广广数等主主要集中中在数控控机床领领域。技术状况1 当前前国内外外交流伺伺服产品品的水平平交流伺服系系统的相相关技术术，一直直随着用用户的需需求而不不断发展展。电动动机、驱驱动、传传感和控控制技术等关关联技术术的不断断变化、造造就了各各种各样样的配置置。就电电动机而

13、而言，可可以采用用盘式电机、无铁铁芯电机机、直线线电机、外外转子电电机等，驱驱动器可可以采用用各种功功率电子子元件，传传感和反馈装装置可以以是不同同精度、性性能的编编码器、旋旋变和霍霍尔元件件甚至是是无传感感器技术术，控制技术从从采用单单片机开开始，一一直到采采用高性性能DSSP 和和各种可可编程模模块，以以及现代代控制理论的实实用化等等等。我我们从220055 年11 月在德德国纽伦伦堡举办办的SPPS/IIPC/Driivess 展览览上可以看到世世界范围围内电气气驱动、运运动控制制和相关关软件的的最新情情况，其其中交流流伺服产产品的亮点很多，代代表了当当前的国国际水平平。这里里仅仅摘摘录

14、几条条，相对对应的，国国内厂商商的研发发动向也对比进进行说明明。 贝加加莱（BB&R）工工业自动动化公司司推出的的AcoopossMullti 驱动系系统采用用模块化化的可扩扩展结构，每个个轴模块块可以提提供1 到2 个伺伺服轴控控制，并并集成了了一个224VDDC 的的辅助电电源模块，为为驱动器器、控制制器和外外围设备备提供了了一个到到直流总总线的链链接，来来获得开开路、短路和过载载保护。其其他特性性包括通通过空气气，油或或水进行行冷却的的模块化化设计，通通过一个能量再生生系统确确保环境境的安全全性。在在国内，我我们还没没有看到到有厂商商进行类类似的模模块式设计，并并在产品品中融入入机器安安

15、全概念念。 艾尔尔默（EElmoo）公司司展出了了一系列列伺服驱驱动器与与控制器器，包括括最新的的微型数数字伺服驱动器WWhisstlee。这些些火柴盒盒大小的的驱动器器尺寸虽虽仅为：5 xx 4.6 xx 1.5cmm，但却却能提供0.5 kkW 的的连续功功率（或或1kWW 的峰峰值功率率）。为为当今市市场上最最高功率率密度与智能的伺伺服驱动动器。相相对应的的，国内内只有和和利时电电机公司司推出了了类似的的智能数数字伺服控制器器蜂鸟鸟系列，该该驱动器器接受224V48VVDC 输入，可可以提供供2500W 的的连续功率和和5000W 的的峰值功功率，尺尺寸为110 x88x2ccm，功功率

16、密度度和Whhisttle 相比有有差距。但是集集成了高高性能332 位位RISSC 芯芯片，提提供RSS2322、4855 串行行通讯控控制功能能和32 条运运动指令令，包括括高级的的圆弧插插补指令令，采用用14 位绝对对值磁性性编码器器。077 年预计推出带带16 位绝对对编码器器的无刷刷伺服电电机和带带CANN 通讯讯的驱动动模块。 艾默默生控制制技术（Emerson Control Techniques）公司展出了Unidrive 及其他交、直流驱动器器产品。Unidrive 驱动器覆盖功率范围从0.55675 kW，变换不同的控制软件可以以驱动异异步电机机、永磁磁同步伺伺服电机机和无

17、刷刷直流电电机。额额定输出出功率为为0.2511 kW 的Varrmecca 型型集成可可变速度度电机与与可变速速度驱动动器 (VSSD)，具具有闭环矢量与分分布式 (Prroxddrivve) 两个版版本。值值得注意意的是适适合在潜潜在爆燃燃性气体体中工作的VSDD 系统统 (ATTEX)。而额额定输出出功率为为 0.5554400 kW 的FLSSD 驱驱动器，则则据称能在IIIB 类类或IIIC 区区1 类2 分类类气体中中工作。相相对应的的，国内内伺服驱驱动器厂厂商的产品功率范范围多在在10KKW 以以下，而而且没有有特殊防防护等级级的商品品化产品品面世，这这方面国内外的的差距很很大，

18、也也是未来来国内伺伺服厂商商差异化化竞争的的方向。 Roockwwelll Auutommatiion 公司展展出了PPoweerFllex 驱动技技术。PPoweerFllex 的发展展路线图图显示，将于于20006007 年年出现的的“公共工工业协议议 (CIIP) 运动应应用协议议”，有望望无缝同同步在同一系系统中运运行的多多轴伺服服与变频频驱动器器中。在在适合运运动控制制的工业业协议方方面，我们还还看到BBeckkhofff 的的EthherCCAT，B&RR 的PowwerLLinkk, DDanaaherr 下面面的MEEI开发的SyynqNNet，Sieemenns 的的Proo

19、fiNNet，还还有久负负盛名的的Serrcoss 已经经发展到到SercoosIIII。这这些通讯讯协议都都为多轴轴实时同同步控制制提供了了可能性性，也被被一些高高端伺服服驱动器集成成进去。在在国内，甚甚至CAAN 这这样的中中低端总总线也没没有变成成伺服驱驱动器的的标准配置，采采用高性性能实时时现场总总线的商商品化驱驱动器还还没有出出现。这这一方面面是因为为我们的伺服服基本性性能还没没有达到到相应的的水准，另另一方面面也是因因为市场场还没有有发育到到这个程度。可可喜的是是，我们们已经看看到一些些单位进进行了有有益的研研发实践践，一方方面消化化国外的先进进技术，一一方面尝尝试推出出自己的的总

20、线标标准。和和利时电电机预计计在自己己的下一一代伺服产品品中集成成多种可可选的通通讯模块块，其中中包括CCAN、USBB、Firrewaare 和Serrcoss，还有和利时时电机和和北航联联合开发发的CAANsmmc（用用于多轴轴同步运运动控制制的总线线），基于蓝牙无无线通讯讯的模块块也在研研发中。中中科院沈沈阳高档档数控研研发中心心等个别别单位也也研发了自己己的运动动控制总总线协议议。 施奈奈德电气气（Scchneeideer EElecctriic）这这次展出出的Leexiuum 005 型型伺服控控制器具具有和VVFD变频器一样样外形，目目标是低低成本应应用。实实际上，利利用变频频器的

21、批批量生产产能力推推出低端伺服，已已经成为为一些厂厂商的竞竞争手段段。该公公司旗下下的Beergeer LLahrr 品牌牌在其展展台上随处可见见。其智智能、集集成电机机与控制制器产品品 (Iccla) 主要要有以下下三个电电机版本本：步进电机、交交流伺服服电机与与三相无无刷直流流电机。Icla（来源于“集成、闭环、执行器”的首字母缩缩写）将将电机、位位置控制制、功率率电子与与反馈集集成在一一个紧凑凑单元中中。这种种一体化设计计的思路路在美国国的Annimaaticcs 等等公司身身上也体体现得很很明显，来来自德国国的AMK 公公司也有有类似的的产品。这这是真正正的机电电一体化化产品，为为设计

22、者者带来了了一系列列的工程挑战战，包括括电磁兼兼容、热热控制、元元器件小小型化、特特殊的结结构设计计等。在在国内，没有见到有有厂商推推出自主主知识产产权的产产品。 包米米勒（BBaummulller）公公司提供供的带集集成行星星齿轮传传动系的的高性能能伺服电电机，拥拥有高达98的效率率和很低低的噪音音；直接接驱动型型高力矩矩伺服电电机，可可以在11003000rpmm范围内输出出135500NNm。在在国内，我我们看到到和利时时电机公公司在其其海豚系系列低压压无刷伺服电机系系列中提提供了类类似的带带集成行行星齿轮轮减速器器的产品品，深圳圳步进也也宣称可可以提供带减速速器的步步进化伺伺服电机机。

23、在直直接驱动动力矩电电机市场场，成都都精密电电机厂可可以提供定制化化的电机机组件，但但是需要要客户另另外加装装反馈装装置和第第三方驱驱动器。 安川川电机欧欧洲公司司（Yaaskaawa Eleectrric Eurropee，YEEE）展出出了其广广受欢迎迎的通用用Sigmaa III 型伺伺服电机机。YEEE 的的其他进进展包括括正在开开发中的的额定功功率0.555 kWW 防爆爆及遵循ATTEX 标准的的交流伺伺服电机机。安川川公司的的另一项项开发成成果是输输出功率率高达500 kkW 的的高功率率伺服电电机。该该项目的的商品化化预计将将于20007 年完成成。从中中我们可可以看到国际际大

24、厂向向专用化化、大型型化伺服服发展的的动向。2 技术术发展方方向现代交流伺伺服系统统，经历历了从模模拟到数数字化的的转变，数数字控制制环已经经无处不不在，比比如换相、电流、速速度和位位置控制制；采用用新型功功率半导导体器件件、高性性能DSSP 加加FPGGA、以以及伺服专用模模块（比比如IRR 推出出的伺服服控制专专用引擎擎）也不不足为奇奇。国际际厂商伺伺服产品品每5 年就会会换代，新新的功率率器件或或模块每每22.55 年就就会更新新一次，新新的软件件算法则则日新月月异，总之产产品生命命周期越越来越短短。总结结国内外外伺服厂厂家的技技术路线线和产品品路线，结结合市场需求的变变化，可可以看到到

25、以下一一些最新新发展趋趋势。i. 高效效率化尽管这方面面的工作作早就在在进行，但但是仍需需要继续续加强。主主要包括括电机本本身的高高效率比如永磁材材料性能能的改进进和更好好的磁铁铁安装结结构设计计，也包包括驱动动系统的的高效率率化，包括逆逆变器驱驱动电路路的优化化，加减减速运动动的优化化，再生生制动和和能量反反馈以及及更好的冷却方方式等。ii. 直直接驱动动直接驱动包包括采用用盘式电电机的转转台伺服服驱动和和采用直直线电机机的线性性伺服驱驱动，由由于消除了中间间传递误误差，从从而实现现了高速速化和高高定位精精度。直直线电机机容易改改变形状状的特点可以使使采用线线性直线线机构的的各种装装置实现现

26、小型化化和轻量量化。iii. 高速、高高精、高高性能化化采用更高精精度的编编码器（每每转百万万脉冲级级），更更高采样样精度和和数据位位数、速速度更快快的DSP，无无齿槽效效应的高高性能旋旋转电机机、直线线电机，以以及应用用自适应应、人工工智能等各种现代代控制策策略，不不断将伺伺服系统统的指标标提高。iv. 一一体化和和集成化化电动机、反反馈、控控制、驱驱动、通通讯的纵纵向一体体化成为为当前小小功率伺伺服系统统的一个个发展方向。有有时我们们称这种种集成了了驱动和和通讯的的电机叫叫智能化化电机（Smart Motor），有时我们把把集成了了运动控控制和通通讯的驱驱动器叫叫智能化化伺服驱驱动器。电电

27、机、驱驱动和控控制的集成使使三者从从设计、制制造到运运行、维维护都更更紧密地地融为一一体。但但是这种种方式面面临更大的技技术挑战战（如可可靠性）和和工程师师使用习习惯的挑挑战，因因此很难难成为主主流，在在整个伺服市市场中是是一个很很小的有有特色的的部分。v. 通用用化通用型驱动动器配置置有大量量的参数数和丰富富的菜单单功能，便便于用户户在不改改变硬件件配置的的条件下,方方便地设设置成VV/F 控制、无无速度传传感器开开环矢量量控制、闭闭环磁通通矢量控控制、永磁无刷交交流伺服服电动机机控制及及再生单单元等五五种工作作方式，适适用于各各种场合合，可以以驱动不同类类型的电电机，比比如异步步电机、永永

28、磁同步步电机、无无刷直流流电机、步步进电机机，也可以适应应不同的的传感器器类型甚甚至无位位置传感感器。可可以使用用电机本本身配置置的反馈馈构成半闭环控控制系统统，也可可以通过过接口与与外部的的位置或或速度或或力矩传传感器构构成高精精度全闭环控制制系统。vi. 智智能化现代交流伺伺服驱动动器都具具备参数数记忆、故故障自诊诊断和分分析功能能，绝大大多数进进口驱动动器都具备负负载惯量量测定和和自动增增益调整整功能，有有的可以以自动辨辨识电机机的参数数，自动动测定编码器器零位，有有些则能能自动进进行振动动抑止。将将电子齿齿轮、电电子凸轮轮、同步步跟踪、插补运动等等控制功功能和驱驱动结合合在一起起，对于

29、于伺服用用户来说说，则提提供了更更好的体体验。vii. 网络化化和模块块化将现场总线线和工业业以太网网技术、甚甚至无线线网络技技术集成成到伺服服驱动器器当中，已已经成为欧洲和美美国厂商商的常用用做法。现现代工业业局域网网发展的的重要方方向和各各种总线线标准竞竞争的焦点就就是如何何适应高高性能运运动控制制对数据据传输实实时性、可可靠性、同同步性的的要求。随着国内对对大规模模分布式式控制装装置的需需求上升升，高档档数控系系统的开开发成功功，网络络化数字伺服的的开发已已经成为为当务之之急。模模块化不不仅指伺伺服驱动动模块、电电源模块块、再生生制动模块、通通讯模块块之间的的组合方方式，而而且指伺伺服驱

30、动动器内部部软件和和硬件的的模块化化和可重用。viii. 从故故障诊断断到预测测性维护护随着机器安安全标准准的不断断发展，传传统的故故障诊断断和保护护技术（问问题发生生的时候候判断原因并采取取措施避避免故障障扩大化化）已经经落伍，最最新的产产品嵌入入了预测测性维护护技术，使得人们可可以通过过Intternnet 及时了了解重要要技术参参数的动动态趋势势，并采采取预防防性措施施。比如：关注注电流的的升高，负负载变化化时评估估尖峰电电流，外外壳或铁铁芯温度度升高时时监视温温度传感器，以以及对电电流波形形发生的的任何畸畸变保持持警惕。ix. 专专用化和和多样化化虽然市场上上存在通通用化的的伺服产产品

31、系列列，但是是为某种种特定应应用场合合专门设设计制造造的伺服系统比比比皆是是。利用用磁性材材料不同同性能、不不同形状状、不同同表面粘粘接结构构（SPPM）和嵌入式永永磁（IIPM）转转子结构构的电机机出现，分分割式铁铁芯结构构工艺在在日本的的使用使使永磁无刷伺伺服电机机的生产产实现了了高效率率、大批批量和自自动化，并并引起国国内厂家家的研究究。x. 小型型化和大大型化无论是永磁磁无刷伺伺服电机机还是步步进电机机都积极极向更小小的尺寸寸发展，比比如200，28，35mm 外径；同时也也在发展展更大功功率和尺尺寸的机机种，已已经看到到5000KW 永磁伺伺服电机的出现。体体现了向向两极化化发展的的

32、倾向。xi. 其其他动向向发热抑制、静静音化、清清洁技术术等。市场状况1 欧美美和国内内市场规规模以及及基本走走势根据ARCC 20001 年的报报告，当当年全球球伺服驱驱动的市市场规模模是200.677 亿美美元，001 年年到066年的复合增增长率在在7以上上，预计计全球伺伺服系统统的市场场规模在在20006 年年会达到到29 亿美金金左右（这个个预测包包括了交交流伺服服和步进进电机）。现现在回过过头来看看，恐怕怕已经不不止这个个数据，这中间间经历了了9111 等因因素造成成的022、03 年的市市场衰退退和044 年之之后的恢恢复性增增长。预计未来几几年增长长率会有有所提高高。国内交流伺

33、伺服的市市场规模模20006 年年估计在在20 亿人民民币左右右，市场场规模近近3 年一一直保持持了大于25的年复复合增长长率，在在所有自自动化产产品中当当属发展展最快之之列。而而且随着着世界制制造业加速向向中国转转移，国国产数控控装备在在国家政政策的扶扶持下快快速向高高性能、高高附加值值发展，国产交流伺伺服系统统的性价价比快速速提高，交交流伺服服系统的的市场会会继续保保持快速速增长的的势头，预计从从20007 到到20110 年年，年平平均增长长率会维维持在220以以上。但但是平均均单价也也将随着竞争加剧剧不断下下降，每每年大约约下降110。中国伺服产产品的用用户区域域主要分分布在华华东、华

34、华南和华华北，其其中华东东市场（上上海、江江浙和山东）占445，以以广东为为主的华华南和以以京津为为主的华华北各为为15左左右。华华中和东东北大约是10。华东东市场是是伺服最最大的消消费市场场，而且且这个趋趋势会持持续下去去。伺服驱动厂厂商面临临用户和和OEMM 厂家家不断变变化的需需求的挑挑战，伺伺服驱动动器的上上位机可可以是CNC 系统、通通用运动动控制器器和PLLC，还还有各种种嵌入式式控制器器，他们们必须不不断推出出多样化的产品品，满足足所有运运动控制制领域的的要求。从从功率范范围上，当当前1000W20000W 是主流，大约占占整个伺伺服市场场的700，而而10KKW 以以下的品品种

35、占到到90。在在转速范范围上，大大约50_的用户户需要330000rpmm 以内内的电机机，另外外40需需要3000060000 转转，不到到10的的人需要1000000rpmm 或以以上转速速的电机机。分析当前国国内用户户的购买买因素，占占前三位位的是稳稳定可靠靠性、价价格和服服务。这这也说明明目前国内交流伺伺服市场场还处在在较低级级的阶段段，对性性能和功功能的充充分利用用没有摆摆在重要要位置。从长远来看看，伺服服厂商的的关键成成功因素素应该是是产品的的性价比比、可靠靠性、技技术含量量、以及及市场份额和和品牌影影响力。2 国内内市场品品牌竞争争状况：国内交流伺伺服市场场当前品品牌竞争争情况和

36、和10 多年前前的变频频器市场场非常类类似。当当时进口（主要是是日本富富士和三三肯）产产品占据据了900以上上的市场场份额，经经过100 年的的奋斗，国产变频器器已经占占据了中中低端市市场，在在整个市市场份额额上与进进口产品品二分天天下，并并涌现了利德华华福、森森兰等一一批有实实力、也也有技术术的厂商商，其中中利德华华福在大大功率变变频器细分市场场上取得得绝对的的领先优优势。目前，国外外品牌占占据了中中国交流流伺服市市场855左右右的份额额，他们们来自日日本、德德国和美国，日日本品牌牌有安川川、发那那克（FFanuuc）、三三菱电机机、松下下、三洋洋、富士士等；美美国有罗克维维尔（RRockk

37、welll AAutoomattionn）、达达那赫（Danaher）、帕克（Parker）等；德国有西门子子（Siiemeens）、博博世力士士乐（BBoscch RRexrrothh）、施施奈德（Schneider）等。其中，日本本品牌以以良好的的性能价价格比和和较高的的可靠性性占据了了超过550的的最大市市场份额，在中中小型OOEM 市场上上尤其具具有垄断断优势，而而且本地地化生产产的策略略进一步步增加了在价格格和快速速交货方方面的筹筹码；欧欧美品牌牌在高端端设备和和生产线线上比较较有竞争争力，其市场场策略是是高性能能、高价价格，以以全套自自动化解解决方案案作为卖卖点，总总的市场场占有率

38、大约在在35，最最近这些些高端品品牌也不不断寻找找本地合合作伙伴伴力图打打入中低低端市场，并不甘甘心被日日本品牌牌积压市市场空间间。最近2、33 年来来自台湾湾的伺服服厂商在在国内设设厂，并并加大了了市场推推广的力力度，主主要是台达和东元元，其技技术水平平和价格格水平都都居于进进口中端端产品和和国产品品牌之间间，在竞竞争中主要突出出性价比比优势，对对国产品品牌带来来了新的的竞争压压力，市市场占有有率从几几年前的的微不足道提提高到大大约5。中国国内的的品牌主主要有时时光科技技、华中中数控、广广数、兰兰州电机机等，最最近出现现了南京埃斯顿、上上海鄂尔尔多斯等等厂家，粗粗略计算算，宣称称推出交交流伺

39、服服产品的的国产厂厂家不下20 个个。其中中时光科科技面向向整个自自动化产产业机械械市场提提供步进进、无刷刷、伺服服等系列产品，在在技术上上和品牌牌上有一一定优势势；华中中数控、广广数和兰兰电等主主要集中中在数控机床行业业，伴随随着这几几年数控控行业的的大发展展，他们们的出货货量也保保持了快快速增长长，积累了相对对较强的的实力；国产品品牌产品品功率范范围多在在5KWW 以内内，技术术路线上上与日系产品接近近，目前前总市场场占有率率在100左右右。展望未来，随随着伺服服价格的的不断下下降、交交流伺服服的市场场接受度度不断上上升，中中低端市市场有非常大大的增长长空间，因因此本土土厂商仍仍将有很很大

40、作为为；同时时台湾、日日本厂商商也将在整个市场场的扩大大中获益益，欧美美品牌的的市场占占有率将将逐渐下下降，但但仍将保保持很高高的毛利水平。根据机械工工业研究究院产业业与市场场研究所所05 年做的的市场调调查，目目前国内内市场上上覆盖面最广的110 个个品牌分分别是：西门子子、三菱菱、安川川、兰电电、松下下、Faanucc、华中中数控、ABB，和和利时电电机和AAB(属属于Roockwwelll Auutommatiion)。其中中西门子子和三菱菱品牌覆覆盖率在30以上，AB 在3.7%，其他品牌均在1020之间。调查显示国产企业比如时光科技技、华中中数控、兰兰州电机机等企业业，经过过多年的的

41、研发推推广，在在这个市市场中做的有声有有色，在在产品覆覆盖面上上占有一一席之地地，但是是国产品品牌的客客户忠诚诚度和影影响力明显不如如进口品品牌。用用户选择择进口品品牌和国国产品牌牌的比例例为大约约4：1，国产产品牌没有进入入用户首首选品牌牌的前55 名。虽虽然和利利时电机机和华中中数控分分列未来来需求品品牌的第6 位位和第77 位，但但是面临临日本和和台湾产产品本地地化生产产之后日日益激烈烈的竞争争，中小功率通用用伺服产产品价格格持续下下降，利利润率越越来越低低。国产产品牌不不仅在产产品的性性能、质量与品种种上都有有所欠缺缺，在技技术储备备、生产产能力和和资本实实力上的的巨大差差距更不不是一

42、两天可以以弥补。国国产品牌牌要想突突围，除除了需要要耐心和和持续投投入之外外，还需需要在竞竞争策略方面面走差异异化路线线。总之之，中国国品牌厂厂商同时时面临巨巨大的挑挑战和发发展机会会，任重而道远远。3 交流流伺服的的行业应应用现代交流伺伺服系统统最早被被应用到到宇航和和军事领领域，比比如火炮炮、雷达达控制。逐逐渐进入入到工业领域域和民用用领域。工工业应用用主要包包括高精精度数控控机床、机机器人和和其他广广义的数控机械，比比如纺织织机械、印印刷机械械、包装装机械、医医疗设备备、半导导体设备备、邮政政机械、冶金机机械、自自动化流流水线、各各种专用用设备等等。其中中伺服用用量最大大的行业业依次是是

43、：机床、食品品包装、纺纺织、电电子半导导体、塑塑料、印印刷和橡橡胶机械械，合计计超过775。i. 在数数控机床床中使用用永磁无无刷伺服服电机代代替步进进电机做做进给已已经成为为标准，部部分高端产品开开始采用用永磁交交流直线线伺服系系统。在在主轴传传动中采采用高速速永磁交交流伺服取代异步步变频驱驱动来提提高效率率和速度度也成为为热点。90 年代以来，欧、美、日各国争相相开发应应用新一一代高速速数控机机床， 高速电电主轴单单元转数数在300000rpmm10000000rpmm，工作作台的进进给速度度在分辨辨率为11m 时达到到1000m/mmin，甚至2000m/mmin 以上, 在分辨辨率为0

44、0.1s 时时，在224m/minn 以上上。当今今数控机机床突出高速、高高精、高高动态、高高刚性的的特点，对对位置系系统的要要求包括括：定位位速度和轮廓切削削进给速速度；定定位精度度和轮廓廓切削精精度；精精加工的的表面粗粗糙度；在外界干扰下的的稳定性性。这些些要求的的满足主主要取决决于伺服服系统的的静态、动动态特性性。我们已经看看到国产产伺服系系统比如如广数的的产品在在经济型型数控机机床上的的广泛应应用，但是在中高高档数控控机床上上采用国国产伺服服系统仍仍然面临临困难，性性能是一一个重要要方面，还有就就是稳定定性和可可靠性，或或许品牌牌效应也也是难以以短时间间逾越的的障碍。ii. 在在机器人

45、人领域，无无刷永磁磁伺服系系统得到到大量应应用。工工业机器器人拥有有多个自自由度，每台工业机机器人需需要的电电机数量量在100 台以以上。目目前世界界范围内内工业机机器人拥拥有量超过1100 万台，机机器人的的需求量量年增长长在300以上上。国际际上工业业机器人人采用的伺服服系统属属专用系系统，多多轴合一一，模块块化，特特殊的散散热结构构，特殊殊的控制方式，对对可靠性性要求极极高。国国际机器器人巨头头都有自自己的专专属伺服服系统配配套，比如安川、松松下和AABB，这这方面国国内差距距明显。国国产工业业机器人人厂家仍仍然在采用标准的的进口交交流伺服服系统，国国产伺服服系统想想进入工工业机器器人配

46、套套领域，就就更加遥远。不不过，我我们也看看到在一一些特殊殊机器人人领域，比比如反恐恐防爆机机器人、矿井救灾机机器人等等轻便移移动机器器人，采采用了国国产基于于低压直直流供电电的微型型无刷伺服系统，比比如和利利时电机机的蜂鸟鸟系列就就获得了了成功。当当然，在在更广泛泛的机器器人领域，需需要的不不仅仅是是交流伺伺服电机机，还包包括各种种其他微微特电机机，如直直流伺服电机、直直线电机机、测速速发电机机、旋转转变压器器、力矩矩电机等等。iii. 纺织行行业当前前应用伺伺服的比比例很低低，但却却是未来来交流伺伺服大批批量应用用的重要要行业之一。从从90 年代初初期至今今已经115 年年，纺织织行业技技

47、术进步步主要是是依靠变变频化、PLC 化化。只有有少量纺纺织机械械采用了了高档伺伺服技术术，用于于提高精精度和效效率，目目前已有高档档梳棉机机、带自自调匀整整的并条条机、新新型粗纱纱机、数数控细纱纱机、分分条整经机、浆纱纱机、园园网印花花机等设设备应用用了交流流伺服。无无梭织机机上已经经开始采采用带交流伺服服的电子子送经和和电子卷卷取，印印染设备备上也要要用到伺伺服系统统。这些些设备每年的伺服服用量在在2、3 万套套左右，且且几乎全全部是进进口产品品，如LLenzze、Dannaheer、Siemeens 和Bauumulllerr，还有有三菱和和松下等等。价格格是制约约交流伺伺服大面面积普及

48、及的主要因素素，国产产产品虽虽然在价价格上有有一定竞竞争优势势，但是是性能指指标、可可靠性和环境适应应性等方方面存在在欠缺，还还需要在在品牌塑塑造、服服务、交交货期等等方面不不断改进。在如如下两个个方面，我我们可以以看到国国产伺服服厂家的的成功案案例，一一个是在在工业缝纫机上上，近几几年国产产伺服控控制器逐逐渐取代代台湾和和其他进进口品牌牌变成市市场主流，凭借低低成本的的电机、简简单的低低线数编编码器，以以及集成成控制和和驱动，在在解决了批量稳定定性之后后，象上上海鲍麦麦克斯这这样的国国内品牌牌获得了了成功。每每年数十十万台的产量，这这可能是是未来几几年里，低低档伺服服最大的的市场了了。另外外

49、一个紧紧密结合合用户需求进进行创新新开发的的案例，可可以举和和利时电电机开发发的络丝丝机控制制系统。“络丝机”是属属于织造造前工序序的精密密工艺设设备，将将各种天天然丝络络成各种种规格的的柱状、宝塔形、双双锥形筒筒子，供供用于染染色、整整经、针针织等后后道工序序。该公公司充分分利用自己在步进进、无刷刷、伺服服、运动动控制、网网络通讯讯等方面面的综合合技术，通通过和国国内最大纺机机集团的的密切合合作，开开发成功功了精密密络丝机机控制系系统，其其核心是是利用高动态的伺伺服横动动电机以以及数字字卷绕技技术，取取代传统统的机械械传动而而实现单单锭化和数字化，每每锭之间间依靠CCAN 总线联联系，是是无

50、轴技技术应用用的典范范。该产产品的研发成功充充分体现现了国内内厂商的的竞争能能力，为为国产伺伺服厂商商开辟了了参与市市场竞争的新路。iv. 无无轴（电电子轴）传传动技术术在印刷刷机上应应用，也也是目前前全球印印刷企业业和机械械制造商的焦点。无无轴传动动就是用用多个单单独的伺伺服电机机取代传传统的机机械传动动链，伺伺服驱动器之间间依靠高高速现场场总线进进行联系系，通过过软件保保证各伺伺服轴对对内部的的虚拟数字电子轴轴保持严严格同步步。采用用无轴传传动技术术为印刷刷机的生生产制造造、为印印刷业服务革命带带来了最最佳解决决方案，目目前欧洲洲50的的凹印机机采用了了无轴技技术，日日本也有300以上上采用。其其他采用用无轴传传动的机机械包括括卷筒纸纸印刷机机、柔印印机、上光机、烫烫金机、模模切机等等各类印印刷设备备。这一一领域最最顶级的的伺服控控制解决决方案提供商是