智能车模直流电机性能检测方法

　　摘要：直流有刷电机工作电流受到电刷换流影响会产生波动，因此通过电机电流谐波分析可以获得电机的转速。基于此原理本文提出了一种对智能车模小型有刷直流电机性能检测方法。

　　根据简化的直流电机模型，电机在稳定运行时，输入电压、电流与电机转速之间的关系如公式(1)所示：　　

         
　　C_e是与电机结构有关的常数; U是工作直流电源电压;是磁极气隙磁通;R为线圈电阻。当C_e、、R、U稳定不变时，电机转速-电流之间是简单的线性函数。两个系数包含了电机主要特性。特别是截距参数对应了电机堵转时的电流值，它的大小与电机最大输出功率成正比。测量电机转速-电流系数需要在恒定工作电压下，测量电机不同转速和工作电流之间的一组数据，通过线性拟合获得。 

　　测量方法

　　采集电机工作电流信号是测量电机参数的基础。电机参数测量电路如图1所示。测量电路中的电流检测和采集电路是核心，它需要将电机的工作电流转换成电压并进行采集。根据待测电机的工作电流范围和转速范围确定电流采集电路的方案：电流采集方式、电流采集频率和转换精度。

　　电机工作电流采集电路

　　采集电机工作电流首先需要将电流转换成电压，然后进行AD转换。采用霍尔电流传感器可以减少电流采集电路对于测量的影响。CQ-2093是一款交流电流霍尔传感器。它只需要5V电源供电，电流测量范围是20安培。由于模型车电机工作电流较小，所以需要将CQ-2093输出信号进行放大20倍后进行AD转换。使用Freescale公司的DSC F8013单片机采集电流信号，然后通过RS232串口发送到计算机进行分析处理。F8013的AD转换精度为12bit，可以满足电机电流采集的精度需要。图2给出了电流采集电路。　　

 

　　信号采集频率

　　根据采样定理，为了使得信号经过采样不发生频率混叠，采样频率需要大于信号中最高频率分量的两倍。通过示波器对于实际电机电流波形进行测量，确定电流波动频率范围。选择智能车模A型车模所使用的RS380电机进行测量。利用图2给出的电流采集电路，测量运放U2输出信号。为了比较电流波动频率与电机转速之间的关系，还使用了光电传感器对于电机输出轴转速进行测量。测量波形如图3所示。

　　图3中的电流波形显示，电机转速与电流波动周期之间存在倍数关系。电机旋转一周，由于电刷换流引起的电流波动次数是电机的极对数两倍。RS-380SH电机是三对极，因此电机旋转一周，电流波动六次。所以电流信号中最低谐波频率是电机转速的六倍。