基于弹性联轴器形变量检测的电机扭矩测试系统

针对电机的动态扭矩和静态扭矩的实时测量问题，以开关磁阻电机为研究对象，提出了一种用于测量电机动、静态扭矩的实时测量方案，并设计了电机扭矩测试系统。

 1 扭矩测量原理

    为实现电机在动态和静态下的扭矩测量，本文设计了扭转角扭矩测量法，即通过检测弹性联轴器的形变量来实现扭矩的测量。测量原理如下:被测动力电机与反作用力负载电机通过弹性联轴器同轴相连，两个电机均分别安装了旋转变压器。当两个电机均处于静止状态时，将两个旋转变压器检测到的两个电机转子的角度差置零(此时弹性联轴器的形变量为零)。测量静态扭矩时，反作用力负载电机处于卡死状态，运行被测动力电机，系统最终处于一个平衡状态，此时弹性联轴器因受到扭矩的作用产生形变，通过两个旋转变压器检测出弹性联轴器的扭转角B，从而可测出被测动力电机的静态扭矩值M。测量动态扭矩时，被测动力电机和反作用力负载电机的运行方向相反，反作用力负载电机提供一个反向扭矩，由于被测动力电机的扭矩比反作用力负载电机的扭矩大，两个电机的转子旋转方向和被测动力电机的运行方向相同，系统最终处于一个平衡状态，此时弹性联轴器因受到扭矩的作用产生形变，通过两个旋转变压器检测出弹性联轴器的扭转角，因此，被测动力电机的动态扭矩值M也测出。

2  硬件设计

    为了能够采集旋转变压器的角度信号、提高测试系统的实时性和可靠性，系统的硬件部分包括以下模块:对数据具有高速处理功能的主控制器模块;能够给旋转变压器提供正弦波激励信号和互补信号，并且可以将旋转变压器输出的模拟信号转换成数字信号的解码模块;用于SRM电机控制和过流处理的电流检测模块。

2. 1主拉制器模块

    为了提高系统的实时性和可靠性，采用FPGA和ARM作为系统的主控制器。FPGA实现的功能为:配置AD2S1210模块，读取并行位置解码信号，驱动和控制被测动力电机，驱动反作用力负载电机并根据需要设置其负载大小，与ARM通信。ARM实现的功能为:接收FPGA中的扭矩数据，向FPGA发送命令信号，与上位机通信，电流检测与显示。

2.2  AD2S1210解码模块

    旋转变压器对其输人信号有较高的要求，而且其输出的模拟信号在受到外界干扰时不能被控制器直接使用，必须通过良好的信号接口电路处理。系统选用AD2S1210作为旋转变压器的数字转换器，为了检测弹性联轴器的型变量，将AD2S1210配置为“普通模式一位置输出”模式。为了提高系统的精度，数字信号输出的分辨率设置为16 bit，位置精度可以达到0. 3.