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许多应用在相对较低的电机转速下需要较高的转矩并平稳运动，例如EO/IR（光电/红外）系统。EO/IR成像被广泛用于各种安全、监控场景中，这些应用场景要求系统能在所有光照条件下提供情境意识和目标定位控制工程网版权所有，并且必须获取和保持绝对稳定的图像CONTROL ENGINEERING China版权所有，同时要能够抵消由于加减速移动、振动、冲击、空气湍流等不可预知力造成的运动。
01 技术困境
对于任何必须满足类似要求的应用，工程师都会面临两难困境CONTROL ENGINEERING China版权所有，而且这种困境经常会因为对电机技术和功能不够深入了解而变得更加复杂。使用带开槽叠片设计的传统无刷电机可提供优秀的可用转矩和转矩密度，然而，这些电机固有的齿槽转矩特性可能会影响低速运行的平稳性。无槽电机则不受齿槽转矩的影响，但它们在通电时仍可能出现转矩波动，并且无法提供与传统电机相同的单位体积转矩。
那么，该如何实现在较低电机转速下获得较高的转矩并平稳运动呢？快随小科一起进入今日的知识小课堂，从相关概念入手，一探究竟吧！
02 齿槽转矩和转矩波动
齿槽转矩
齿槽转矩主要是由安装在转子上的永磁体与定子叠片齿槽之间的吸引力引起的。当转动传统无刷电机的电机轴时，可以感觉到齿槽效应是一种间歇性的“抖动”运动。无槽电机则没有这种特性。在未通电状态下，转子可以自由旋转，因为永磁体不会被非磁性定子线圈吸引。
转矩波动
转矩波动是通电电机中转子在整个旋转过程中产生的不均匀转矩，它是由电磁场变化以及转子与定子间的电磁场相互作用变化所引起的。而这些变化是由传统电机中的齿槽转矩导致的。
在传统电机中，齿槽转矩会影响转矩波动。同时，所有电机（包括无槽电机）都会有转矩波动，这主要是由电枢反应导致，而不是齿槽效应。电枢反应会造成电磁波形的谐波失真，从而导致无槽电机中的转矩波动。在低速应用中，无论是使用传统电机还是无槽电机，转矩波动都会导致被驱动负载出现不必要的波动。对于平稳运动至关重要的低速应用，这是整个系统设计中需要解决的重要问题。
了解了两个关键的技术概念，接下来让我们再来看看如何做电机设计的选择。
03 传统开槽叠片设计 OR 无槽设计
你可能会认为无槽电机没有齿槽转矩是上诉类型应用的理想特性。但是齿槽转矩通常并不作为伺服电机的规格参数。电机通电状态下的行为是最重要的影响因素。
因此，传统的无刷电机通常是更好的选择。对于相同尺寸的电机，传统的开槽叠压电机可提供更高的单位体积转矩，这对于许多应用所需的低转速（通常低于500 rpm）尤为重要。同时，相比于同等尺寸的无槽电机控制工程网版权所有，传统电机产生的恒定转矩和峰值转矩要大得多。
关键的概念和电机技术选择方式已经掌握，那么优化系统性能的方法就变得清晰明了。
04 减少转矩波动
1. 通过改装电机
由于齿槽转矩会导致转矩波动，因此通过改装电机来降低齿槽转矩是一种方法。然而，这些设计变动将或多或少地减小转矩和转矩密度，并且不能完全消除齿槽转矩。
2. 通过相关算法
高分辨率反馈、高带宽控制回路和先进的负载干扰消除驱动算法可以消除大部分转矩波动。在整个转子旋转过程中施加到负载的转矩/力的高分辨率反馈信号可以与驱动器的命令信号叠加，以消除转矩波动的影响，并保持平稳的加速度和速度。同样，在速度和/或位置环模式下运行时，速度环可以通过将电机的反馈信号与其命令信号叠加来抑制转矩波动。
3. 二者联合使用
通过选择适合应用的正确电机技术，以及在适当的时候使用改进的电机设计和应用控制技术来减少转矩波动控制工程网版权所有，几乎可以在任何应用中实现转矩密度与平稳性的正确平衡，从而实现优异的系统应用性能！
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