齿槽转矩是一种位置依赖转矩，由永磁转子场与定子槽几何形状相互作用产生的。它可以在无指令电流的情况下存在，因此也称为止动转矩或无电流转矩。在低速时，它可以产生离散运动、速度变化或轴上的重复感觉。
转矩纹波是围绕期望电磁转矩的更广泛变化。堵塞可能引起影响，但换向、电流控制误差、逆变器死时间、母线纹波、磁谐波、摩擦力学和负载力学也可能产生纹波。看似周期性的时间痕迹本身无法确定原因。
将此指南与 现场导向运动控制指南 及 机器人关节摩擦补偿指南一起使用。在制作补偿表前，先诊断物理源。
即使没有驱动电流，也可能存在齿槽转矩
当转子磁铁经过狭缝和齿时，磁阻随角度变化。转子被磁能较低的位置吸引，即使绕组未通电，也会产生周期性转矩。磁极与槽组合、磁铁形状、偏斜、缝隙开口和气隙会影响其顺序和幅度。
在安全测试设置下断开或命令零电流，并用校准的转矩传感器缓慢旋转转子。轴承、密封件和传动摩擦仍会被测量，因此应测试两个方向和多个速度。以机械角度反复且经受电流移除的部件符合齿轮结构，但仍需与机械卡动分离。
转矩脉动包括多种驱动效应
电磁转矩依赖于电流、反电动势形状、转子角度估计和磁参数。六步换相会产生与跃迁相关的纹波；正弦波FOC可以减少部分谐波，但电流传感器误差、带宽、逆变器非线性和空间谐波依然存在。直流母线纹波会扭曲电流和转矩。
德州仪器的 转矩-纹波概述 区分了换向和母线电压机制，而其 齿轮条目 则将齿轮识别为无电流、位置依赖的源。这些电机示例解释的是机械结构，而非齿轮机器人关节的最终振幅。
| 资料来源 | 电流为零？ | 参考变量 | 条件敏感性 |
|---|---|---|---|
| 堵塞 | 是的 | 机械转子角 | 磁铁与槽口几何结构 |
| 换向波纹 | 不 | 电气换相相位 | 速度与流速 |
| 电流环纹波 | 不 | PWM与电频 | 带宽与传感 |
| 总线波纹 | 不 | 供电相或母线电压 | 负载与电容 |
| 摩擦 | 通常依赖运动 | 速度与方向 | 温度与预载 |
机械角度和电角度暴露出不同的阶数
反复转动时，映射转子角度与机械转子角度的转矩。即使速度变化，节流应与角度对齐。电位和电流相位的映射作用也会影响。电序与极对有关，而槽和极的组合则能产生更高的机械阶数。
阶次跟踪通过转速归一化频率，使得角度同步分量在速度扫频过程中可见。固定的结构共振与锁定于转子阶的分量表现不同。保持编码器索引和电气零点，以便跨运行进行相位比较。
先做无电流旋转测试
使用低摩擦夹具、合适的轴联轴器和转矩传感器，其范围能识别预期的波纹。旋转速度足够慢以避免惯性转矩，但速度足够快以减少起步杆滑动。在同一时间基准上记录角度位置、转矩、方向、速度和温度。
只有在对准角度后才平均转数。以不同速度平均时间采样会使波形模糊。比较顺时针和逆时针的轨迹：对称的角度锁定分量表示齿轮效应，而方向相关的偏移或环路则表示摩擦和滞后现象。
驱动测试区分转矩常数和电流质量
锁定或准静态保持转子在多个角度，并命令有界的q轴电流以测量转矩与电流。这揭示了角度相关的转矩常数、传感器零点和饱和度。然后运行受控的速度扫频，同时记录相位电流、 DQ电流、母线电压和转子电角。
将转矩纹波与电流误差相关，而不仅仅是电流指令。 PWM采样、死时间和转子角偏移可以产生谐波。在多个电流水平下重复：真正的齿轮保持零电流，而电磁纹波通常随电流和电压变化。
| 测试 | 激发 | 主要观测 | 分离 |
|---|---|---|---|
| 无动力旋转 | 外置慢驱 | 转矩与机械角度 | 堵塞与摩擦 |
| 锁定旋翼 | 指令电流 | 转矩与角度和电流的关系 | 转矩常数 |
| 恒速扫频 | 驱动旋转 | 阶谱 | 电气和机械订单 |
| 公交变体 | 供电或负载变化 | 转矩与电压 | 总线诱导的波纹 |
| 温度重复 | 温暖与寒冷 | 振幅与相位 | 热漂移 |
FOC减少了一些涟漪效应，但不减少几何齿槽效应
场向控制调节旋转框架中产生的转矩电流，能够产生比六级换向更平稳的电磁转矩。其结果取决于电流感应、转子角精度、 PWM、环路带宽和电机显著性。它不消除槽和磁铁产生的无电流磁性吸引。
在将每一次振荡归因于齿轮之前，先提升电流环的证据。使用 关节增益调谐指南 检查带宽和共振。激进的速度环路可以放大小的周期性扰动或激发传输，使测量到的关节运动看起来比单纯的电机转矩更差。
补偿图需要角度定位
常见的伺服方法学习齿轮转矩与转子角度，并控制相反的前馈波形。映射在运行时必须使用相同的机械参考、插值和方向规范。编码器更换、极点对准或传输组件可能会改变相位。
在幅度发生实质变化时，在多个温度和负载下构建地图。滤波测量噪声，但不抹除真实的高阶内容。限制并斜增补偿，使错误的索引表或损坏的表无法产生大命令。验证转矩降低和位置跟踪。
摩擦、回程间隙和共振可以模拟齿轮效应
静摩擦产生断裂，库仑摩擦随方向变化，粘性摩擦随速度增加。回程间隙产生反转时的空回和冲击。柔性传动模式可在特定速度下放大周期性转矩。但没有任何模式能通过单一转子角表可靠校正。
比较 减速器间隙和刚度导管，并在可能的情况下重复测试。如果频谱峰值随速度移动，识别其顺序；如果保持在某一频率附近，则调查结构模式或控制器交互。
跨电流、负载、速度和温度进行验证
在多种速度下进行无动力、低电流和额定电流测试。添加具有代表性的有效载荷和关节姿态，以改变轴承和减速器负载。将电机和传动器加热至稳定状态，重复此过程。如果齿轮比和顺应性放大或衰减命令，则分别进行电机轴和关节输出的观察。
报告峰值对峰值转矩和RMS转矩、阶幅、速度纹波和跟踪误差，并结合准确的带宽和传感器设置。一种减少绘制转矩但增加声学噪声、电流或关节振动的补偿措施，反而是问题的转移，而非解决了问题。
保持诊断可重复性
存档电机几何标识符、编码器分辨率和零值、驱动器固件、 PWM和电流环路设置、电源、灯具、传感器校准、采样率、负载和温度。存储原始角度同步记录，以及平均曲线。
使用一个原因矩阵，预测当电流、方向、速度或温度变化时应发生的变化。只有当测量结果符合这些预测时，才接受解释。这样可以防止视觉周期波形在没有无电流和角域测试的情况下被标记为“卡格”。
评估“齿槽转矩与转矩脉动：低速机器人关节振动诊断”时，还应保存模型版本、机器人配置、标定文件、测试日期和全部试验记录。把成功、失败、恢复与人工介入放在同一份数据中，才能区分模型能力、系统接口和现场流程造成的差异。
成本评估除了设备与算力，还要记录数据采集、工程调试、安全措施、维护、停机和人员培训。只有把这些持续投入与单位成功任务的价值比较，才能判断方案是否适合扩大。
上线后仍要持续检查分布变化、传感器漂移、机械磨损和人工接管原因。监测结果应能触发降级、停止与重新验证流程，并为下一轮数据采集和模型更新留下可追溯记录。
最终结论应明确写出已知限制、尚未验证的场景和下一项可证伪的实验，使后续团队能够沿着证据继续推进。
实际项目还应指定数据、模型、控制器和安全流程的负责人，并预先定义回滚条件。责任边界、审批记录与变更日志越清楚，故障发生后越容易停止扩散、定位原因并安全恢复。
- 在断电的情况下测量转矩。
- 按机械和电气角度对齐重复数据。
- 记录实际电流和总线电压。
- 分别采用摩擦、传动和结构模式。
- 验证任何地图在负载和温度范围内。
常见问题
齿轮转矩可以在无电流的情况下测量吗？
是的。无电流、角度依赖的行为是定义的核心，尽管方位效应和传输效应仍需区分。
转矩脉动和齿轮转矩是同义词吗？
不。堵塞是转矩纹波的一个来源。电流、换向、母线电压、磁谐波和机械效应会增加其他成分。
FOC会消除齿轮吗？
不。 FOC能改善电磁转矩控制，但无法消除无电流时转子-磁铁和定子-槽隙的相互作用。
低速振动如何被确认为齿轮？
展示无电流转矩测试中可重复的机械角度顺序，并演示其与方向、电流和速度相关效应的区别。
一张薪酬表是永久的吗？
不一定。编码器的对准、组装、温度、负载、磨损和驱动配置都可能改变幅度或相位，因此图谱需要在更改后进行验证。
电机扰动诊断边界
转矩特征取决于电机几何形状、驱动、传感器带宽、变速箱、负载和温度。在施加补偿前，请通过受控的无电流和驱动测试进行诊断。