智能車模直流電機性能檢測方法

　　摘要：直流有刷電機工作電流受到電刷換流影響會產生波動，因此通過電機電流諧波分析可以獲得電機的轉速?；诖嗽肀疚奶岢隽艘环N對智能車模小型有刷直流電機性能檢測方法。

　　根據簡化的直流電機模型，電機在穩定運行時，輸入電壓、電流與電機轉速之間的關系如公式(1)所示：　　

         
　　C_e是與電機結構有關的常數; U是工作直流電源電壓;是磁極氣隙磁通;R為線圈電阻。當C_e、、R、U穩定不變時，電機轉速-電流之間是簡單的線性函數。兩個系數包含了電機主要特性。特別是截距參數對應了電機堵轉時的電流值，它的大小與電機最大輸出功率成正比。測量電機轉速-電流系數需要在恒定工作電壓下，測量電機不同轉速和工作電流之間的一組數據，通過線性擬合獲得。 

　　測量方法

　　采集電機工作電流信號是測量電機參數的基礎。電機參數測量電路如圖1所示。測量電路中的電流檢測和采集電路是核心，它需要將電機的工作電流轉換成電壓并進行采集。根據待測電機的工作電流范圍和轉速范圍確定電流采集電路的方案：電流采集方式、電流采集頻率和轉換精度。

　　電機工作電流采集電路

　　采集電機工作電流首先需要將電流轉換成電壓，然后進行AD轉換。采用霍爾電流傳感器可以減少電流采集電路對于測量的影響。CQ-2093是一款交流電流霍爾傳感器。它只需要5V電源供電，電流測量范圍是20安培。由于模型車電機工作電流較小，所以需要將CQ-2093輸出信號進行放大20倍后進行AD轉換。使用Freescale公司的DSC F8013單片機采集電流信號，然后通過RS232串口發送到計算機進行分析處理。F8013的AD轉換精度為12bit，可以滿足電機電流采集的精度需要。圖2給出了電流采集電路。　　

 

　　信號采集頻率

　　根據采樣定理，為了使得信號經過采樣不發生頻率混疊，采樣頻率需要大于信號中最高頻率分量的兩倍。通過示波器對于實際電機電流波形進行測量，確定電流波動頻率范圍。選擇智能車模A型車模所使用的RS380電機進行測量。利用圖2給出的電流采集電路，測量運放U2輸出信號。為了比較電流波動頻率與電機轉速之間的關系，還使用了光電傳感器對于電機輸出軸轉速進行測量。測量波形如圖3所示。

　　圖3中的電流波形顯示，電機轉速與電流波動周期之間存在倍數關系。電機旋轉一周，由于電刷換流引起的電流波動次數是電機的極對數兩倍。RS-380SH電機是三對極，因此電機旋轉一周，電流波動六次。所以電流信號中最低諧波頻率是電機轉速的六倍?！　?/p>