永磁直流電動(dòng)機(jī)虛擬測(cè)試系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱測(cè)試系統(tǒng))通過系統(tǒng)辯識(shí)原理獲得直流電動(dòng)機(jī)的有關(guān)機(jī)電參數(shù)，從而可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行多功能測(cè)試,。根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的要求，需要采集電動(dòng)機(jī)階躍過渡過程的電壓u、電流i和轉(zhuǎn)速n,，這三個(gè)量的采集是至關(guān)重要的,，它們直接影響到整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度。
　　常規(guī)測(cè)量電流i的方法多用在被測(cè)電路串聯(lián)電阻,，直接測(cè)量電阻兩端電壓的方法,，但存在測(cè)量范圍小、測(cè)量誤差大等缺點(diǎn),。而測(cè)試系統(tǒng)采用電流/電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX472,，則克服了常規(guī)方法的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)階躍電流的高精度測(cè)量,。
1 電流測(cè)量方法及其電路實(shí)現(xiàn)
　　由于電流不能直接由A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換,，因此必須先將其轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，然后才能轉(zhuǎn)換,。所以,，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路在測(cè)試系統(tǒng)中占有很重要的地位。
　　常用的電流測(cè)量方法是在被測(cè)電路中串入精密電阻,，通過直接采集電阻兩端的電壓來獲得電流,。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量簡(jiǎn)單方便。但當(dāng)被測(cè)電流較大而串入的電阻阻值又較大時(shí),，電阻的壓降對(duì)電路的帶載能力將產(chǎn)生較大的影響,；當(dāng)被測(cè)電流很小時(shí)，從電阻上直接取得的電壓值又可能太小,，影響測(cè)量準(zhǔn)確度,。因而，這種直接測(cè)量的方法很難選擇一合適的阻值,，以適應(yīng)電流變化范圍較大的情況,，尤其是較小電流的準(zhǔn)確測(cè)量。由于測(cè)試系統(tǒng)的特殊要求,，需要采集的是階躍信號(hào),，因而電動(dòng)機(jī)的電流變化范圍較大(從毫安級(jí)到十幾安)，所以上述的串電阻直接測(cè)量的方法很難滿足測(cè)試系統(tǒng)精度要求,。
　　鑒于此,，我們做了大量的調(diào)查和實(shí)驗(yàn)，最后選擇了美國(guó)MAXIM公司最新生產(chǎn)的電流/電壓轉(zhuǎn)換器MAX472,，其響應(yīng)時(shí)間,、線性度、漂移等指標(biāo)均很理想,，且能適應(yīng)大范圍大電流的測(cè)量,，經(jīng)過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和測(cè)試，很好地滿足了本系統(tǒng)的要求,。下面介紹該芯片的工作原理及其在測(cè)試系統(tǒng)中的具體應(yīng)用,。
1.1 MAX472的工作原理
　　MAX 472的工作原理如圖1所示,，方框內(nèi)的部分是該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中A1和A2是兩個(gè)運(yùn)算放大器,，構(gòu)成差動(dòng)輸入,，這樣可以增強(qiáng)抗干擾能力，提高小電流信號(hào)的測(cè)量準(zhǔn)確度,；Q1和Q2是兩個(gè)三極管,；COMP是一比較器；R_sence是電流采樣電阻,，測(cè)試系統(tǒng)采用熱穩(wěn)定性好,、漂移小的康銅絲制作。方框外面的部分是用戶可以根據(jù)自己的需要而改變的電路,。其工作原理詳述如下：

　　假定電流是從左向右(如圖1中I_load方向所示)流過電流采樣電阻R_sence,管腳OUT通過一電阻R_out接地,。這樣，運(yùn)放A1工作,，產(chǎn)生電流I_out,從Q1的發(fā)射極流出,。而此時(shí)運(yùn)放A2是截止的，沒有電流從Q2流出,。A1的負(fù)輸入端(－)電位為：
　　

　　根據(jù)(5)式,R_sence取較小的值,。通過(R_out/RG1)把比例P設(shè)置一個(gè)合適的值。對(duì)于小電流,，可以獲得較大的輸出測(cè)量電壓V_out,避免前述直接測(cè)量電壓信號(hào)太小的缺點(diǎn),，對(duì)于較大的電流，又不會(huì)對(duì)電路的帶載能力產(chǎn)生較大的影響,。在電路的具體應(yīng)用中,，電路各參數(shù)具體計(jì)算要滿足該芯片技術(shù)條件要求：
　　(1) OUT端的輸出電壓V_out＜(V_RG－1.5V)
　　(2) OUT端的輸出電流I_out≤1.5mA
1.2 MAX472在測(cè)試系統(tǒng)中的具體應(yīng)用
　　MAX472在測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用電路如圖2所示。

　　在圖2中,，功率驅(qū)動(dòng)模塊SWITCH POWER是實(shí)現(xiàn)施加階躍電壓的電路,。MOTOR為永磁直流電動(dòng)機(jī)，是測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試對(duì)象,。
　　電流采樣電阻R_sence的選擇很重要,，它的選擇決定了電壓/電流的轉(zhuǎn)換比例P。對(duì)于較小的電流,，R_sence的選擇須使得P較大,，才能使得轉(zhuǎn)換得到的輸出電壓不至于太小而影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。而圖2所示的MAX472的應(yīng)用電路,，正是可以通過調(diào)整其中的RG1,、RG2和R_out來調(diào)整P,從而獲得較理想的P。理想的P的獲得是一個(gè)試湊計(jì)算的過程。
　　下面根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的要求,，具體計(jì)算電路的各項(xiàng)參數(shù)。
　　已知測(cè)試系統(tǒng)最大電流為4A,最小電流為100mA,電動(dòng)機(jī)額定工作電壓為24V(階躍電壓由20V到24V),。應(yīng)根據(jù)上述已知條件初選R_sence的阻值為0.02Ω,。轉(zhuǎn)換電路首先必須滿足對(duì)最大電流的測(cè)量。所以,，根據(jù)最大轉(zhuǎn)換電流和1.1節(jié)中的要求(1)和(2),，計(jì)算R_out和RG1(＝RG2)。
　　由(4)式得：
　　V_out(max)＝(R_sence×R_out×I_load)/RG1
　?。?.02×R_out×4/RG1
　?。?.08×R_out/RG1
　　所以 I_out(max)＝V_out(max)/R_out＝0.08/RG1
　　即：RG1＝0.08/I_out(max)
　　將要求(2)：I_out(max)≤1.5mA代入，
　　得：RG1≥53.33Ω
　　選定： RG1＝RG2＝55Ω,，
　　取電動(dòng)機(jī)電壓V_RG＝20V,，由要求(1)：
　　V_out(max)＜(V_RG－1.5V
　　得： V_out(max)＜18.5V
　　將此值代入由(4)得出的V_out(max)，即可求出：
　　R_out≤12.72kΩ
　　選定： R_out＝12.5kΩ
　　則電壓/電流的轉(zhuǎn)換比例為：
　　p＝V_out/I_load＝R_sence×(R_out/RG)＝10.02×12500/55≈4.55
　　對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)的最小電流100mA,經(jīng)過轉(zhuǎn)換后放大4.55倍,，得到的電壓值V_out(min)為：
　　V_out(min)＝0.1×4.55＝0.455V＝455mV
　　這樣,，最小電流經(jīng)過放大后測(cè)量準(zhǔn)確度就大大提高了。
　　采樣電阻R_sence的壓降最大為：
　　V_rsence＝R_sence×4＝0.02×4＝0.08V
　　如此小的壓降對(duì)電路的帶載能力的影響可以忽略,。
　　經(jīng)過上述的計(jì)算,，可以看出初選的R_sence值為0.02Ω還是比較合適的。如果初選的值不合適,，可以試著用其它的值按上述的過程來計(jì)算,，直到獲得較理想的P值。
2 精度分析
2.1 測(cè)試曲線的精度分析
　　根據(jù)上述計(jì)算的電路參數(shù),，將其應(yīng)用到測(cè)試系統(tǒng)電路(圖2所示)中,，并實(shí)際采集了電動(dòng)機(jī)的階躍響應(yīng)電流(階躍電壓為從20V加到24V)，經(jīng)此電流/電壓轉(zhuǎn)換后的電壓響應(yīng)曲線如圖3所示,。