摘要：

    具有正弦反电动势的永磁( pm)同步电机可以理想地无转矩波动运行。然而，由于电机设计及控制器仍会产生寄生转矩波动。本文将系统地分析由于电机控制器的缺陷导致永磁同步电机的转矩波动的可能来源。考虑了编码器有限的分辨率、控制器cpu字长、电流检测错误以及逆变器脉冲宽度调制开关的影响。讨论了每种来源，分析及计算转矩波动的方法。讨论了不同寄生转矩波动的特点。也介绍了试验及仿真数据验证这些重要结论。

关键词：

     cpu字长；电流控制；电流检测精度；数字控制；数字化错误；编码器分辨率磁场定位；控制器的影响；寄生转矩波动；永磁同步电机；永磁电动机；脉宽调制；pwm逆变器，转矩波动

    在寻求无转矩波动的永磁电机驱动的过程中，可以看到具有正弦波反电动势(emf)的永磁电机比具有梯形波反电动势的永磁电机优越。当施加正弦电流时，理想的正弦永磁电机能产生零转矩波动的连续转矩。理论上，若施加方波电流，有梯形反电动势的永磁电机也应能产生零转矩波动。然而，因为方波电流意味着一个电流控制带宽或者是一个di/dt，产生这一电流波形显然是无实际意义的，因为存在电机的电感。非方形电流结果就是产生值得考虑的转矩波动，即如大家所知道的换向转矩波动。相反的，且正比于电机转速正弦电流波形需要有限的电流控制带宽，产生这样一个电流波形是可行的，特别是在电机低速时。永磁同步电动机必须有一个真正的无转矩波动的永磁电机驱动器必须基于永磁同步电机。

    然而，由于电机设计和控制器运行的局限，即使在正弦波永磁电机驱动中，寄生转矩波动仍然存在。从电机设计的观点来看，正弦波反电动势需要磁通和绕组的正弦分布。由于磁化的局限和槽线圈分配的可能性，反电动势中的谐波以及由此产生的转矩波动是不可能避免的。而且，磁体和开槽电机的槽之间的交互作用产生一个不均匀的磁力，导致一个所谓的齿槽转矩。另外，由于转子的偏心，磁的不对称也能产生转矩波动。关于电机设计的分析利克服这些问题的方法在文献[1][2]中已有了很重要的考虑。对于需要极低转矩波动的电机，在电机设计中一个实际的解决方案是使用气隙线圈，从而****消除齿槽转矩，提高线圈分配的正弦性，这样可以减小对大气隙偏心的敏感性。

    控制器设计的观点来看，给电机提供一个纯的正弦电流波形仍然存在极大的挑战。特别是电机控制器必须不是由逻辑就是由数字电路来构建。由于数字系统所捉进的在适应性和实现的优点，目前几乎所有的电机控制器都是以使用数字信号处理器(dsp)和微控制器的数字形式构建的。低成本运行的驱动器已促进微处理器的应用，它们有最小的字长，每旋转周期最少脉冲数目的编码器，****精度的电流检测器。上述的控制器设计对于电机驱动系统的不同性能因素已考虑增加了相当多的限制。可以发现它们对于转矩波动的产生，甚至高于电机设计的限制。因此需要探究控制器设计参数对永磁同步电机的转矩波动性能的影响。

    以前很少有研究过控制器设计参数对电机转矩波动性能的影响文章。[3]中研究了数字控制器的字长对于脉宽调制(pwm)的影响，它仅限于pwm波的产生。[4]在总体上考虑了数字化的影响，但它没能认可一些更重要的影响，如有限编码器分辨率和有限cpu字长所造成的累积误差。[5]中认可了电流检测器的不精确性对转矩波动的影响，但仅对感性电机驱动器。因此由于控制器局限性对永磁同步电机驱动器性能的影响仍然缺少系统化的分析。在具有数字控制器的永磁同步电机中对于主要的寄生转矩波动的来源，本文进行了系统化的分析。主要是量化每个主要控制器设计参数对转矩波动性能的影响。控制器参数研究包括可靠的编码器分辨率、cpu字长、电流检测精度等。在第二部分，将总结在永磁同步电机驱动器中，产生寄生转矩波动的所有主要原因。然后在第三部分考虑它们的影响和量化分析。

     图1给出了一个标准的具有数字电流矢量磁场定位控制器的i磁同步电机驱动系统。一个有着理想的正弦反电动势以及零齿槽转矩的永磁同步电机的无转矩波动运行，需要一个与反电动势波形同步的理想的正弦电流。这些电流是由控制器提供的，它包括逻辑控制和功率变换器。任何引起电机电流偏离同步正弦波形的控制器参数都是构成转矩波动的来源。基于数字控制器的结构，总的来说寄生转矩波动的主要来源和