驅(qū)動屏蔽門的帶有位置傳感器的電機控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及帶有位置傳感器的電機控制方法，尤其驅(qū)動屏蔽門的有刷直流電機控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地鐵屏蔽門控制系統(tǒng)常用的執(zhí)行機構(gòu)是有刷直流電機和無刷直流電機，有刷電機相對于無刷電機，具有價格便宜，控制簡單(無需換相)等優(yōu)點，為了獲取有刷電機的位置信號，通常會在電機內(nèi)部內(nèi)嵌光電碼傳感器作為位置傳感器。電機控制器通過傳感器輸入信號的變化獲取位移的變化量Λ s，同時記錄位移變化所使用的時間Λ t，進而計算出電機的運行速度v=As/At，控制器是以速度為目標量進行PID (比例積分微分)控制。有刷直流電機的內(nèi)置位置傳感器由于接插件或使用環(huán)境惡劣等原因容易失效，而控制器要通過獲取位置信號才能準確計算出電機的速度，如果內(nèi)置傳感器失效，就無法正確獲取位置信號，控制器計算所得的速度將與電機的實際速度不符，就有可能引發(fā)安全事故，例如夾傷乘客、關(guān)閉不到位等，即使電機安全停轉(zhuǎn)，也會影響地鐵的正常運營。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足而提供一種驅(qū)動屏蔽門的帶有位置傳感器的電機控制方法，使其即使在電機內(nèi)的位置傳感器失效時，也可安全地控制電機、驅(qū)動屏蔽門正常開關(guān)。
[0004]本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為:驅(qū)動屏蔽門的帶有位置傳感器的電機控制方法，其特征在于:所述電機由控制器控制，控制器包括數(shù)字信號處理器、電流采集模塊、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、脈沖寬度調(diào)制器，控制器與電機、位置傳感器連接，電流采集模塊檢測電機電流，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸入數(shù)字信息處理器，所述控制方法包括以下步驟:
步驟a:電機驅(qū)動屏蔽門移動時，位置傳感器檢測電機的位置變化信號，數(shù)字信號處理器獲取位置信號并計算位置變化所用時間，計算得到電機的速度，數(shù)字信號處理器對電機進行速度閉環(huán)PID控制；
步驟b:如果數(shù)字處理器無法獲取位置傳感器檢測的位置變化信號，數(shù)字信號處理器比較電機電流和預設定的閥值，當電流大于設定的閥值時，控制電機停轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)到初始狀態(tài)；當電流不大于設定的閥值時，再判斷數(shù)字信號處理器是否已記錄了開關(guān)門全程的時間-占空比曲線，如果沒有則控制電機勻速速度轉(zhuǎn)動，如果有則根據(jù)記錄的時間-占空比曲線，按開關(guān)門速度曲線控制電機；
所述的時間-占空比曲線按照以下方式記錄:在屏蔽門測試時或正式運行時，屏蔽門開關(guān)門過程中，脈沖寬度調(diào)制器輸出一組以時間為軸、對應開關(guān)門速度曲線的占空比數(shù)據(jù)，數(shù)字信號處理器記錄每個占空比數(shù)據(jù)及其對應的時間，形成時間-占空比曲線。
[0005]更好地，控制器還連接到位傳感器，到位傳感器如果檢測到屏蔽門沒有開、關(guān)到位，循環(huán)步驟a、b，如果檢測到屏蔽門開、關(guān)到位，電機停轉(zhuǎn)。
[0006]更好地，速度閉環(huán)PID控制時，電機帶動屏蔽門移動，移動過程分為五個階段:啟動后加速；加速到一定值后，保持勻速移動；屏蔽門運行至全行程85%的位置時開始減速；到全行程95%的位置時保持低速勻速移動；之后再減速移動，直至屏蔽門移動到位。
[0007]更好地，開門、關(guān)門全程時間設置為3秒，步驟b中每隔0.01秒記錄一個占空比數(shù)據(jù)。
[0008]更好地，所述位置傳感器為光電碼盤。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點在于:1、位置傳感器可檢測到電機的轉(zhuǎn)動位置變化信號時，認為位置傳感器信號正常，此時以速度為目標量進行閉環(huán)PID控制，控制精度高，如果位置傳感器信號不正常時，并且電流不大于預設的閥值，說明位置傳感器失效，此時也可根據(jù)已記錄的開關(guān)門全程的時間-占空比曲線進行速度閉環(huán)控制，和位置傳感器正常時的控制精度相當，即使沒有記錄全程的時間-占空比曲線，也可控制電機勻速轉(zhuǎn)動，不會因位置傳感器失效而影響屏蔽門的移動，避免妨礙軌道車輛的運營。2、如果電流大于預設定的閥值，判斷為電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)，可能因屏蔽門遇到障礙，可采取停轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)等措施，保證安全性。3、將屏蔽門移動狀態(tài)分為五個階段，更符合使用要求，移動速度更合理，安全性更強。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的控制過程圖。
[0011]圖2是本發(fā)明中屏蔽門速度曲線。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖、實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0013]地鐵屏蔽門的執(zhí)行機構(gòu)為有刷直流電機，電機內(nèi)設置的位置傳感器為光電碼盤，控制電機的控制器包括數(shù)字信號處理器、電流采集模塊、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、脈沖寬度調(diào)制器，控制器與電機、光電碼盤電連接，電流采集模塊檢測電機中的電流，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸入數(shù)字信息處理器，控制器還包括輸入輸出端口。
[0014]控制過程如圖1所示，執(zhí)行屏蔽門開關(guān)門動作時，光電碼盤檢測電機的轉(zhuǎn)動位置變化信號，數(shù)字信號處理器如果能獲取位置信號，根據(jù)位置變化所用時間，計算得到電機的速度，并以速度為目標量進行PID算法控制電機的轉(zhuǎn)動；同時，脈沖寬度調(diào)制器輸出一組以時間為軸、對應開關(guān)門速度曲線的占空比數(shù)據(jù)，數(shù)字信號處理器記錄每個占空比數(shù)據(jù)及其對應的時間，形成時間-占空比曲線，時間-占空比曲線存儲于數(shù)字信號處理器。持續(xù)按PID算法控制電機轉(zhuǎn)動，直到到位傳感器檢測到屏蔽門已開門或關(guān)門到位，到位后電機停轉(zhuǎn)，如果不到位，循環(huán)此過程。
[0015]速度閉環(huán)PID控制時，電機帶動屏蔽門移動，如圖2所示，移動過程分為五個階段:啟動后加速；加速到一定值后，保持勻速移動；屏蔽門運行至全行程85%的位置時開始減速；到全行程95%的位置時保持低速勻速移動；之后再減速移動，直至屏蔽門移動到位。
[0016]如果數(shù)字處理器無法獲取位置傳感器檢測的電機轉(zhuǎn)動位置變化信號，電流采集模塊將檢測到的電機中的電流信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器比較電機電流和數(shù)字信號處理器中預設定的閥值，當電流大于設定的閥值時，則認為電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)情況，屏蔽門碰到了障礙物，需按照障礙物進行處理，控制電機停轉(zhuǎn)或勻低速轉(zhuǎn)動，以防止夾傷乘客，例如控制電機驅(qū)動屏蔽門以0.15m/S的速度移動，更安全的方案是控制電機勻低速反轉(zhuǎn)，防止屏蔽門夾傷乘客。
[0017]如果電流不大于設定的閥值，視為位置傳感器失效，再判斷失效前數(shù)字信號處理器是否已記錄了開關(guān)門全程的時間-占空比曲線，如果沒有記錄全程曲線，則控制電機按符合屏蔽門常規(guī)安全要求的勻速低速轉(zhuǎn)動，例如使屏蔽門以0.15m/s勻速移動到位，防止屏蔽門在運行過程中由于位置缺失造成夾傷乘客的安全事故。如果已記錄有全程的時間-占空比曲線，則根據(jù)記錄的此曲線控制電機，實現(xiàn)以速度為目標量的進行閉環(huán)控制，直到到位傳感器檢測到屏蔽門移動到位后停止動作。
[0018]為了精確控制，位置傳感器正常狀態(tài)下，將開門或關(guān)門全程時間設定為3秒，以每0.01秒作為時間間隔，電機驅(qū)動時，每隔0.01秒脈沖寬度調(diào)制器記錄一個占空比數(shù)據(jù)，也就是記錄0.01秒內(nèi)正脈沖的持續(xù)時間與脈沖總周期的比值，開門或關(guān)門過程中總共300個占空比數(shù)據(jù)，達到較高的控制精度。
[0019]優(yōu)先選用的位置傳感器為光電碼盤，光電碼盤中心有軸，軸上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取，獲得兩方波信號A、B，A、B兩相相差90度，通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，假設A相超前B相90度為正轉(zhuǎn)，則B相超前A相90度為反轉(zhuǎn)。
[0020]由于速度閉環(huán)PID控制算法、數(shù)字信號處理器、光電碼盤已有現(xiàn)有技術(shù)公開，這里不再贅述。
【主權(quán)項】
1.驅(qū)動屏蔽門的帶有位置傳感器的電機控制方法，其特征在于:所述電機由控制器控制，控制器包括數(shù)字信號處理器、電流采集模塊、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、脈沖寬度調(diào)制器，控制器與電機、位置傳感器連接，電流采集模塊檢測電機電流，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸入數(shù)字信息處理器，所述控制方法包括以下步驟: 步驟a:電機驅(qū)動屏蔽門移動時，位置傳感器檢測電機的位置變化信號，數(shù)字信號處理器獲取位置信號并計算位置變化所用時間，計算得到電機的速度，數(shù)字信號處理器對電機進行速度閉環(huán)PID控制； 步驟b:如果數(shù)字處理器無法獲取位置傳感器檢測的位置變化信號，數(shù)字信號處理器比較電機電流和預設定的閥值，當電流大于設定的閥值時，控制電機停轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)到初始狀態(tài)；當電流不大于設定的閥值時，再判斷數(shù)字信號處理器是否已記錄了開關(guān)門全程的時間-占空比曲線，如果沒有則控制電機勻速速度轉(zhuǎn)動，如果有則根據(jù)記錄的時間-占空比曲線，按開關(guān)門速度曲線控制電機； 所述的時間-占空比曲線按照以下方式記錄:在屏蔽門測試時或正式運行時，屏蔽門開關(guān)門過程中，脈沖寬度調(diào)制器輸出一組以時間為軸、對應開關(guān)門速度曲線的占空比數(shù)據(jù)，數(shù)字信號處理器記錄每個占空比數(shù)據(jù)及其對應的時間，形成時間-占空比曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動屏蔽門的帶有位置傳感器的電機控制方法，其特征在于:所述控制器還連接到位傳感器，到位傳感器如果檢測到屏蔽門沒有開、關(guān)到位，循環(huán)步驟a、b，如果檢測到屏蔽門開、關(guān)到位，電機停轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的驅(qū)動屏蔽門的帶有位置傳感器的電機控制方法，其特征在于:速度閉環(huán)PID控制時，電機帶動屏蔽門移動，移動過程分為五個階段:啟動后加速；加速到一定值后，保持勻速移動；屏蔽門運行至全行程85%的位置時開始減速；到全行程95%的位置時保持低速勻速移動；之后再減速移動，直至屏蔽門移動到位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動屏蔽門的帶有位置傳感器的電機控制方法，其特征在于:開門、關(guān)門全程時間設置為3秒，步驟b中每隔0.0l秒記錄一個占空比數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動屏蔽門的帶有位置傳感器的電機控制方法，其特征在于:所述位置傳感器為光電碼盤。
【專利摘要】一種驅(qū)動屏蔽門的帶有位置傳感器的電機控制方法，包括步驟a：電機驅(qū)動屏蔽門移動時，數(shù)字信號處理器對電機進行速度閉環(huán)PID控制；步驟b：如果數(shù)字處理器無法獲取位置傳感器檢測的位置變化信號，數(shù)字信號處理器比較電機電流和預設定的閥值，當電流大于設定的閥值時，控制電機停轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)到初始狀態(tài)；當電流不大于設定的閥值時，再判斷數(shù)字信號處理器是否已記錄了開關(guān)門全程的時間-占空比曲線，如果沒有則控制電機勻速速度轉(zhuǎn)動，如果有則根據(jù)記錄的時間-占空比曲線，按開關(guān)門速度曲線控制電機。本發(fā)明能夠在電機內(nèi)的位置傳感器失效時，仍能安全地控制電機，驅(qū)動屏蔽門正常開關(guān)。
【IPC分類】E05F15-632, E05F15-70
【公開號】CN104712214
【申請?zhí)枴緾N201510038245
【發(fā)明人】倪大成, 王飛, 包演生, 王嘯, 陳裕, 周峰, 周天龍, 黃鵬
【申請人】寧波南車時代傳感技術(shù)有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年1月26日