CN101158262B - 自动门无刷电机遇阻甄别检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动门无刷电机遇阻甄别检测技术。该检测技术的原理是电机内的霍尔传感器将转子位置脉冲量反馈给主控器DSP端口，对其进行数字记忆、定量分析，主控器DSP根据有无电机位置脉冲量判断电机是否遇阻，实现了用主控器DSP软件技术，其优点是控制快捷准确，在硬件上省掉了检测电机过流用的一套电子电路、及放大电路、采样电阻等，不仅成本降低、耗能小，而且电机不发热，启停制动速度快捷、准确、可靠、平稳；开辟了无刷直流电机遇阻或堵转时，用主控器DSP的软硬件技术控制的新途径。

Description

自动门无刷电机遇阻甄别检测方法

技术领域

本发明涉及一种电机遇阻甄别检测方法，特别是一种自动门无刷直流电机遇阻甄别检测方法，该技术是利用自动门无刷电机自带的霍尔位置传感器，来甄别检测自动门运行中遇阻时，电机位置脉冲量反馈给主控器端口进行数字记存、定量分析后，用软件技术来甄别判断电机是否遇阻，以发出电机的启停与方向指令。

背景技术

在现在楼宇大厦的建设中，美观的门体是建筑物装饰的重中之重。自动门因其节能、环保、多功能、智能化、构造简捷等优点，越来越受到众多行业的门饰市场界的亲睐。

自动门的核心部件是推动门体运行的电机，无刷电机因其运行效率高，耗电省，噪声小，调速范围宽，寿命长等优点，在自动门控制系统领域得到广泛的应用。

现今社会人们对自动门的安全性、可靠性的要求越来越高。在一幢大厦的门口，人流频繁出入走动，其自动门的执行机构——无刷电机亦在频繁启动/停止/正转/反转中运行。而目前的自动门控制装置的启停、正反向中，没有常规电控中的限位开关、测长等硬件限阻挡机构，全靠采用硬件来检测自动门电机的电流量，反馈给自动门控制单元的主控器来甄别门体所处的位置和状况，来发出电机的启停与正反转指令；尤其是门体运行到位，即门体全幅打开后，门边缘遇阻；关门时，门体合拢遇阻，亦有可能是碰人异常遇阻等。门体这样的反复遇阻启停，既频繁又危险；这要求其配套电子线路、测查电机电流的检测电阻、放大、采样电路等必须安全可靠，精确迅速，负责发生以外事故，严重的机毁伤人，损失惨重。目前的自动门无刷电机遇阻甄别的方法安全性、可靠性的不高，不能满足人们的需要。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种能极大增强自动门的安全性、可靠性，准确而又快速的自动门无刷电机遇阻甄别检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

自动门无刷电机遇阻甄别检测方法，它包括如下步骤：步骤其一为无刷电机内的霍尔位置传感器将感应到的电机转子目前所在位置，以脉冲信号的方式通过霍尔位置传感器抗干扰匹配电路传输给主控器；步骤其二为主控器对接收到的霍尔位置传感器传来的脉冲信号进行检测判断，根据三相中任意一相脉冲信号的有无判断自动门无刷电机是否遇阻，在特定时间内，电机被堵转力最大点为特定时间的二分之一处，有很强的两个或一个冲击脉冲出现，而其他的时间段因电机转子被堵转无位置感应脉冲，若不记电机被堵转力最大点处的脉冲量，即特定时间内无位置脉冲出现，就确认为电机遇阻，经主控器判别后，发出停止电机运行命令。

另外，进一步，所述的特定时间δ1是指自动门无刷电机遇阻到全停的时间；所述特定时间δ1约为0.8秒。

所述的抗干扰匹配电路它包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容；第四电阻、第五电阻、第六电阻一端连接一起接电源，另一端分别经过第一电容、第二电容、第三电容接地；第四电容、第五电容并联接在一起然后一端与电源连接，另一端接地；第一电阻、第二电阻、第三电阻的一端分别依次接第四电阻、第五电阻、第六电阻与第一电容、第二电容、第三电容的三个节点上；这三个节点分别与霍尔位置传感器的第一接口、第二接口、第三接口连接，第一电阻、第二电阻、第三电阻另一端分别接主控器的第一接口、第二接口、第三接口。

本发明的有益效果是：电机位置脉冲量反馈给主控器端口，对其进行数字记忆、定量分析后，由主控器发出电机启停的指令。即实现了用主控器软件技术(有、无电机位置脉冲量)的甄别判断门体是否遇阻，这样控制快捷准确；硬件上省掉了检测电机过流用的一套电子电路、及放大电路、采样电阻等，不仅成本降低、耗能小，而且电机不发热，启停制动速度快捷、准确、可靠、平稳等特点；创新设计了一整套无刷直流电机遇阻或堵转时，用主控器的软硬件技术控制的新途径。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明自动门无刷电机遇阻检测硬件图；

图2是自动门无刷电机加减速启停运行示意图；

图3是本发明无刷电机霍尔位置传感器正常运行和遇阻时的脉冲采样图；

图4是本发明实施例无刷电机软件甄别停机流程图。

注：在图2、图3中，L1为加速阶段，L2为高速或匀速运行段，L3为减速段；在图3中，A为遇阻点，B为堵转力最大点，C为全停点。

具体实施方式

参照图1至图4，自动门无刷电机遇阻甄别检测方法，它包括如下步骤：步骤其一为无刷电机内的霍尔位置传感器将感应到的电机转子目前所在位置，以脉冲信号的形式通过霍尔位置传感器抗干扰匹配电路传输给主控器DSP；步骤其二为主控器DSP对接收到的霍尔位置传感器传来的脉冲信号进行检测判断，DSP根据脉冲信号的有无判断自动门无刷电机是否遇阻。电机遇阻时，电机转子位置传感器采样得到三相中任一相脉冲波形图都是：从遇阻点到全停点大约需δ1＝0.8秒，其中，在电机被堵转力最大点为δ1的二分之一处，即：δ1/2＝0.4秒有很强的两(有时是一个)个冲击脉冲出现，而其他的时间段因电机转子被堵转无位置感应脉冲，若不记电机被堵转力最大点δ1/2＝0.4秒处的两个脉冲量，即在δ1时刻内无位置脉冲出现，就确认为电机遇阻，经主控器DSP控制系统判别后，发出停止电机运行命令，即达到了与用硬件测检电机过流停机同样的目的。而在试制中发出δ1停机指令又可以任意设定，即若δ1＝0.4秒处发出，电机制动停止速度加快一倍，大大缓解了自动门停机的冲压力，而任意设定δ1的电机止停量，这是‘硬件过流采样电路’所不可能具有的。即用主控器DSP软件技术实现了甄别检测自动门无刷电机遇阻停止的问题。

所述的抗干扰匹配电路，其特征在于它包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5；第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6一端连接一起接电源VDD，另一端分别经过第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3接地；第四电容C4、第五电容C5并联接在一起然后一端与电源VDD连接，另一端接地；第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的一端分别依次接第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6与第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的三个节点上；这三个节点分别与霍尔位置传感器的第一接口HA、第二接口HB、第三接口HC连接，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3，另一端分别接主控器DSP的第一接口HA’、第二接口HB’、第三接口HC’。

所述的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3为限流电阻，阻值范围在200-860Ω/0.125W内，第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6为高电平上拉电阻，阻值范围在10-25KΩ/0.125W内；第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3为独石电容，容值范围在150-152pf内，第四电容C4、第五电容C5为滤波电解电容，第四电容C4容值为100μf/15V，第五电容C5容值为0.1μf/15V。

本发明所应用到的硬件如图1所示，其电机为无刷直流电机，又称“内外倒置的直流电机”。它没有直流电机的换向器和电刷，其内部设有霍尔位置传感器。它的电枢固定在定子上，转子为永久磁钢(例如钕铁硼磁材)，采用多相多级形式。图1中为三相式A、B、C相，由主控器DSP输出六路脉宽调制PWM控制信号，其调制脉宽PWM控制信号分上下桥路，依序流经电机相序绕组。上桥是高三位AH、BH、CH驱动场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3工作，；下桥是低三位AL、BL、CL驱动场效应管M4、场效应管M5、场效应管M6工作，而六路MOVFET驱动管中交替导通与断开，构成三相方波交流电流的旋转磁场推动电机转子转动。而六路驱动管通断形成A、B、C相绕组驱动电流，全依靠电机转子磁感应式霍尔位置传感器(按120°或60°等间距排列)HA、HB、HC脉冲顺序值，亦称三相六步码：经“霍尔位置传感器抗干扰匹配电路”反馈给主控器DSP霍尔位置采样脉冲端口HA、HB、HC。

参照如下实验真值表：

注：PWM高、低三位对应六只MOVRET场效应管M1-M6，上表中“1”表示导通，“0”表示关断。

由上表可见，位置顺序码(三相六步码)对应的脉宽调制PWM高低三位排列码，均是三位导通。控制器根据当前电机转子所处的位置顺序码，用软件查表法找出对应的六路PWM排列码。六路大功率场效应管依序通电输出电流到电机绕组，拖动电机带动门体运行。转子的位置传感器反馈的顺序码是决定电机六路驱动管排列码的必有器件和必备电路。

参照图2，为使自动门电机开启平稳，启动瞬间(约0.5秒)反馈来的位置信号，经DSP数字处理后发出的驱动方波逐步加速(频率渐高)，并且精确记住每步位置脉冲量来做定长测距值，若到了设定极限调整值(如2.5KHz)，根据门幅间距，高速运行(XX秒)临近门体停止边缘≤100mm间距或者剩余大约0.5秒时间内减速(频率渐低)，以达到平稳停机目的。上述处理过程主要是依赖于电机转子的位置顺序数字码，此数字码给主控器的闭环自动调整(PID)提供了极大方便，使一个复杂的量能转换变成了简单的模拟数字控制量，因该模数转换不是本项讨论议题，不再赘述。

有了上述的实验真值表，主控器DSP控制自动门无刷电机的流程变得非常简单，主控器按反馈来的位置顺序码(三相六步码)，查表法找出对应的脉宽调制PWM高低三位排列码，即可实现对无刷直流电机转动的控制过程。

参照图3，电机霍尔位置传感器正常运行和遇阻时采样脉冲图。，这是本发明的核心问题。电机遇阻后经多次实测，我们绘出了如图3所示的电机减速阶段遇阻时，电机转子位置传感器采样得到三相中任一相脉冲波形图。电机启动后经过加速、高速(或匀速)、减速正常运行到位；撞压到自动门止位器橡皮垫即“遇阻”，这是本发明的正常遇阻。同样，在电机运行的加速阶段、高速(或匀速)阶段异常遇阻时的处理方法相同，只是全停时间段δ1长一些，用主控器DSP软硬件对其处理过程与上述完全相同。而在试制中发出δ1停机指令又可以任意设定，即若δ1＝0.4秒处发出，电机制动停止速度加快一倍，大大缓解了自动门停机的冲压力，而任意设定δ1的电机止停量，这是‘硬件过流采样电路’所不可能具有的。即用主控器DSP软件技术实现了甄别检测自动门无刷电机遇阻停止的问题。

从电机遇阻后主控器软件甄别流程图中可看出，电机遇阻时，只需检查甄别有无电机转子位置信号就可确定电机是否遇阻，即若在规定时间(或距离)内无位置采样信号，即可确认是电机遇阻须迅速停机，否则继续运行。因主控器执行速度非常之快(毫秒级)，为了使判别位置信号准确可靠，可瞬间反复几十数次的查询，决不会有失步、误判情况发生。所以，采用本发明的软件甄别技术后，自动门电机运行的准确性、可靠性和安全性均非常之高，有良好的社会市场效益和发展前景。

Claims (4)

1.自动门无刷电机遇阻甄别检测方法，其特征在于包括如下步骤：其一为无刷电机内的霍尔位置传感器将感应到的电机转子目前所在位置，以脉冲信号的方式通过霍尔位置传感器抗干扰匹配电路传输给主控器；其二为主控器对接收到的霍尔位置传感器传来的脉冲信号进行检测判断，主控器根据三相中任意一相脉冲信号的有无判断自动门无刷电机是否遇阻，在特定时间内，电机被堵转力最大点为特定时间的二分之一处，有很强的两个或一个冲击脉冲出现，而其他的时间段因电机转子被堵转无位置感应脉冲，若不记电机被堵转力最大点处的脉冲量，即在特定时间内无位置脉冲出现，就确认为电机遇阻，经主控器判别后，发出停止电机运行命令；所述的特定时间是指自动门无刷电机遇阻到全停的时间。

2.根据权利要求1所述的自动门无刷电机遇阻甄别检测方法，其特征在于所述特定时间约为0.8秒。

3.根据权利要求1或2所述的自动门无刷电机遇阻甄别检测方法，其特征在于抗干扰匹配电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)和第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)；第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)一端连接一起接电源，另一端分别经过第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)接地；第四电容(C4)、第五电容(C5)并联接在一起然后一端与电源连接，另一端接地；第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)的一端分别依次接第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)与第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)的三个节点上；这三个节点分别与霍尔位置传感器的第一接口(HA)、第二接口(HB)、第三接口(HC)连接，第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)另一端分别接主控器的第一接口(HA’)、第二接口(HB’)、第三接口(HC’)。

4.根据权利要求3所述的自动门无刷电机遇阻甄别检测方法，其特征在于所述的第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)为限流电阻，阻值范围在200-860Ω/0.125W内，第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)为高电平上拉电阻，阻值范围在10-25KΩ/0.125W内；第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)为独石电容，容值范围在150-152pf内，第四电容(C4)、第五电容(C5)为滤波电解电容，第四电容(C4)容值为100μf/15V，第五电容(C5)容值为0.1μf/15V。

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