CN103758433A - 一种用于屏蔽门的门机控制器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于屏蔽门的门机控制器及其控制方法。中央处理器通过硬线与单元控制器连接，中央处理器通过异步串行通讯模块接受来自单元控制器的开门及关门命令；中央处理器通过CAN总线与主监视器连接，将门机控制器的状态与故障信息传送给主监视器。中央控制器采用转速电流双闭环控制。其中转速环采用模糊-PID控制，当转速误差较大时，采用模糊-PID控制，当转速误差较小，采用传统PID控制。电流环采用常规PID调节，通过PWM控制电机。本发明的屏蔽门与现有技术相比，屏蔽门启动运行更加迅速，运行速度更加平稳，抗干扰能力强。

Description

一种用于屏蔽门的门机控制器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于屏蔽门的门机控制器，具体涉及到应用于屏蔽门门机的无刷直流电机先进控制，属于轨道交通屏蔽门门机控制设备技术领域。
背景技术
随着城市轨道交通的迅速发展，地铁已成为人们出行最便捷、经济和高效的交通工具之一；与此同时，对于屏蔽门的可靠运行也提出了越来越高的要求。屏蔽门是安装在地铁车站站台边缘的玻璃门，它将站台和列车运行区域隔开，具有提高站台安全性、减少车站环控系统的投资等特点。地铁屏蔽门门机控制算法通常采用常规PID控制，由于无刷直流电机的参数非线性和时变，这就使得屏蔽门的响应速度较慢，又由于传统的PID有一定的超调量，使得屏蔽门运行时不稳定，同时抗干扰能力不强。
上述问题是在屏蔽门的门机控制器的设计和运行过程中应当予以考虑并解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于屏蔽门的门机控制器及其控制方法解决现有技术中存在的地铁屏蔽门门机控制算法通常采用常规PID控制，由于无刷直流电机的参数非线性和时变，这就使得屏蔽门的响应速度较慢，又由于传统的PID有一定的超调量，使得屏蔽门运行时不稳定，同时抗干扰能力不强的问题。
本发明的技术解决方案是：
一种用于屏蔽门的门机控制器，包括门机控制器的中央控制器、主监视器、单元控制器、驱动、整流器、逆变器、电流采集器、带位置传感器的无刷直流电机；
中央控制器通过异步串行通讯模块与单元控制器连接，中央控制器通过CAN总线与主监视器连接；
整流器与驱动连接，逆变器与整流器连接，无刷直流电机与逆变器连接，电流采集器也与逆变器连接；
中央控制器通过正交编码脉冲电路模块与无刷直流电机的位置传感器连接，中央控制器通过A/D模块与电流采集器连接。
优选地，所述中央控制器通过硬线与单元控制器相连。
优选地，中央控制器可采用在线配置其相关参数。
优选地，还包括保护电路，所述保护电路包括电流保护电路、电压保护电路和逻辑保护电路。
优选地，所述中央控制器可选用DSP或FPGA作为其芯片。
优选地，控制上述一种用于屏蔽门的门机控制器的控制方法，包括转速比较器、误差判断器、模糊-PID控制器、传统PID控制器、电流比较器、电流PID调节器和PWM控制器；
所述中央控制器内部采用转速电流双闭环控制，其转速环采用模糊-PID切换控制，电流环采用传统PID控制；
单元控制器给出信号给中央控制器，中央控制器根据设定的转速曲线启动无刷直流电机。在屏蔽门的运行过程中，中央控制器通过A/D模块不断采集无刷直流电机的位置以及电流采集器的电流信息，获得的转速n与参考转速                                               
Figure 385311DEST_PATH_IMAGE002
比较，其差值通过转速电流双闭环控制后，PMW控制器控制无刷直流电机转速跟随设定转速；
参考转速
Figure 302452DEST_PATH_IMAGE002
与来自无刷直流电机的转速n通过转速比较器输出转速误差，误差判断器得出误差大小并根据转速误差大小选择调节方式，当误差较大时采用模糊-PID控制器控制，当误差较小时采用传统PID控制器控制，由转速误差和转速误差变化率作为二维模糊控制器的输入，二维模糊控制器的输出作为电流的参考值，经过此系统输出的电流与电流传感器输出的电流输入到电流比较器中，误差电流经过电流PID调节器输出PWM控制器的占空比，最后由PWM控制器通过逆变器控制无刷直流电机的转速。
本发明一种用于屏蔽门的门机控制器及其控制方法，中央处理器通过CAN总线与主监视器连接，将门机控制器状态与故障信息传送给主监视器；逆变器与无刷直流电机相连，电流采集器与整流器连接，无刷直流电机与整流器相连；中央控制器通过A/D模块与电流采集器连接，中央控制器通过PWM控制器与逆变器连接，通过正交编码脉冲电路模块与无刷直流电机的位置传感器连接。中央控制器采用转速电流双闭环控制。正常工作模式下，单元控制器根据列车到站或离站信息给出开门或关门的信号到门机控制器的中央控制器，中央控制器根据设定的转速曲线启动无刷直流电机，通过传动机构控制屏蔽门的开闭。在屏蔽门的运行过程中，不断采集电机位置及电流信息，获得的转速n与设定的转速
Figure 144506DEST_PATH_IMAGE002
比较，其差值通过转速电流双闭环控制后，产生PWM控制器控制无刷直流电机转速使其跟随设定转速。
本发明的中央控制器内部采用转速电流双闭环控制，其转速环采用模糊-PID切换控制，当转速误差较大时，采用调节时间小的模糊控制，使屏蔽门快速响应，当转速误差较小时，采用无静差的PID控制；由转速偏差和转速偏差变化率作为二维模糊控制器的输入，二维模糊控制器的输出作为电流的参考值，电流环采用传统PID调节控制。
本发明的有益效果是：本发明一种用于屏蔽门的门机控制器及其控制方法，中央控制器采用CAN总线与主监视器连接，相比于传统的中央控制器与主监视器采用硬线进行连接，其传输速度快，能保障状态及故障信息的实时传输。中央控制器可以在线配置其相关参数，能适应不同门宽及不同运行速度曲线。门机控制器还包括有保护电路，能应对实际运行当中的各种突发情况。此外，中央控制器选用DSP或FPGA芯片能有效保证控制的精度和灵活性。与现有技术相比，由于转速换采用了模糊-PID切换控制，从而使得屏蔽门启动运行更加迅速，运行速度更加平稳，抗干扰能力强。
附图说明
图1是本发明实施例的控制电路图；
图2是本发明实施例中央控制器内的采用模糊-PID切换转速电流双闭环控制原理图；
图3是本发明实施例模糊-PID与传统-PID梯形响应曲线比较效果图。
其中，1-中央控制器，2-单元控制器，3-主监视器，4-逆变器，5-电流采集器，6-无刷直流电机，7-驱动，8-整流器，9-PWM控制器；
100-误差判断器，101-模糊-PID控制器，102-电流PID调节器，103-转速比较器，104-电流比较器，105-传统PID控制器。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
如图1所示，本实施例一种用于屏蔽门的门机控制器，包括门机控制器的中央控制器1、主监视器3、单元控制器2、驱动7、整流器8、逆变器4、电流采集器5、带位置传感器的无刷直流电机6；
中央控制器1通过异步串行通讯模块与单元控制器2连接，中央控制器1通过CAN总线与主监视器3连接；
整流器8与驱动7连接，逆变器4与整流器8连接，无刷直流电机6与逆变器4连接，电流采集器5也与逆变器4连接；
中央控制器1通过正交编码脉冲电路模块与无刷直流电机6的位置传感器连接，中央控制器1通过A/D模块与电流采集器5连接。
所述中央控制器1通过硬线与单元控制器2相连。
中央控制器1可采用在线配置其相关参数。
门机控制器还包括有保护电路，所述保护电路包括电流保护电路、电压保护电路和逻辑保护电路。
所述中央控制器1可选用DSP或FPGA作为其芯片。
如图2所示，控制上述一种用于屏蔽门的门机控制器的控制方法，包括转速比较器103、误差判断器100、模糊-PID控制器101、传统PID控制器105、电流比较器104、电流PID调节器102和PWM控制器9；
所述中央控制器1内部采用转速电流双闭环控制，其转速环采用模糊-PID切换控制，电流环采用传统PID控制；
单元控制器给出信号给中央控制器，中央控制器根据设定的转速曲线启动无刷直流电机。在屏蔽门的运行过程中，中央控制器通过A/D模块不断采集无刷直流电机的位置以及电流采集器的电流信息，获得的转速n与参考转速
Figure 539715DEST_PATH_IMAGE002
比较，其差值通过转速电流双闭环控制后，PMW控制器控制无刷直流电机转速跟随设定转速；
参考转速
Figure 354087DEST_PATH_IMAGE002
与来自无刷直流电机6的转速n通过转速比较器103输出转速误差，误差判断器100得出误差大小并根据转速误差大小选择调节方式，当误差较大时采用模糊-PID控制器101控制，当误差较小时采用传统PID控制器105控制，由转速误差和转速误差变化率作为二维模糊控制器的输入，二维模糊控制器的输出作为电流的参考值，经过此系统输出的电流与电流传感器输出的电流输入到电流比较器104中，误差电流经过电流PID调节器102输出PWM控制器9的占空比，最后由PWM控制器通过逆变器4控制无刷直流电机6的转速。
如图3所示，可以说明模糊-PID与传统PID跟随性能，设定转速为一梯形波，从图中可以看出，模糊-PID能够迅速的响应设定转速，跟随效果较好，而传统PID调节响应较慢，跟随效果差。
本实施例一种用于屏蔽门的门机控制器及其控制方法，中央处理器1通过CAN总线与主监视器3连接，将门机控制器状态与故障信息传送给主监视器3；逆变器4与无刷直流电机6相连，电流采集器5与整流器8连接，无刷直流电机6与整流器8相连；中央控制器1通过A/D模块与电流采集器5连接，中央控制器1通过PWM控制器9与逆变器4连接，通过正交编码脉冲电路模块与无刷直流电机6的位置传感器连接。中央控制器采用转速电流双闭环控制。正常工作模式下，单元控制器2根据列车到站或离站信息给出开门或关门的信号到门机控制器的中央控制器1，中央控制器1根据设定的转速曲线启动无刷直流电机6，通过传动机构控制屏蔽门的开闭。在屏蔽门的运行过程中，不断采集电机位置及电流信息，获得的转速n与设定的转速
Figure 176550DEST_PATH_IMAGE002
比较，其差值通过转速电流双闭环控制后，最后由PWM控制器9控制无刷直流电机6转速使其跟随设定转速。
本实施例的中央控制器1内部采用转速电流双闭环控制，其转速环采用模糊-PID切换控制，当转速误差较大时，采用调节时间小的模糊控制，使屏蔽门快速响应，当转速误差较小时，采用无静差的PID控制；由转速偏差和转速偏差变化率作为二维模糊控制器的输入，二维模糊控制器的输出作为电流的参考值，电流环采用传统PID调节控制。
本实施例的有益效果是：本实施例一种用于屏蔽门的门机控制器及其控制方法，中央控制器采用CAN总线与主监视器连接，相比于传统的中央控制器与主监视器采用硬线进行连接，其传输速度快，能保障状态及故障信息的实时传输。中央控制器可以在线配置其相关参数，能适应不同门宽及不同运行速度曲线。门机控制器还包括有保护电路，能应对实际运行当中的各种突发情况。此外，中央控制器选用DSP或FPGA芯片能有效保证控制的精度和灵活性。与现有技术相比，由于转速换采用了模糊-PID切换控制，从而使得屏蔽门启动运行更加迅速，运行速度更加平稳，抗干扰能力强。

Claims (6)

1.一种用于屏蔽门的门机控制器，其特征在于：包括门机控制器的中央控制器、主监视器、单元控制器、驱动、整流器、逆变器、电流采集器、带位置传感器的无刷直流电机；
中央控制器通过异步串行通讯模块与单元控制器连接，中央控制器通过CAN总线与主监视器连接；
整流器与驱动连接，逆变器与整流器连接，无刷直流电机与逆变器连接，电流采集器也与逆变器连接；
中央控制器通过正交编码脉冲电路模块与无刷直流电机的位置传感器连接，中央控制器通过A/D模块与电流采集器连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于屏蔽门的门机控制器，其特征在于：所述中央控制器通过硬线与单元控制器相连。
3.根据权利要求1所述的用于屏蔽门的门机控制器，其特征在于：中央控制器可采用在线配置其相关参数。
4.根据权利要求1所述的一种用于屏蔽门的门机控制器，其特征在于：还包括保护电路，所述保护电路包括电流保护电路、电压保护电路和逻辑保护电路。
5.根据权利要求1所述的一种用于屏蔽门的门机控制器，其特征在于：所述中央控制器可选用DSP或FPGA作为其芯片。
6.根据权利要求1所述的一种用于屏蔽门的门机控制器的控制方法，其特征在于：包括转速比较器、误差判断器、模糊-PID控制器、传统PID控制器、电流比较器、电流PID调节器和PWM控制器；
所述中央控制器内部采用转速电流双闭环控制，其转速环采用模糊-PID切换控制，电流环采用传统PID控制；
单元控制器给出信号给中央控制器，中央控制器根据设定的转速曲线启动无刷直流电机，在屏蔽门的运行过程中，中央控制器通过A/D模块不断采集无刷直流电机的位置以及电流采集器的电流信息，获得的转速n与参考转速                                                
Figure 2014100193907100001DEST_PATH_IMAGE001
比较，其差值通过转速电流双闭环控制后，PMW控制器控制无刷直流电机转速跟随设定转速；
参考转速
Figure 995495DEST_PATH_IMAGE001
与来自无刷直流电机的转速n通过转速比较器输出转速误差，误差判断器得出误差大小并根据转速误差大小选择调节方式，当误差较大时采用模糊-PID控制器控制，当误差较小时采用传统PID控制器控制，由转速误差和转速误差变化率作为二维模糊控制器的输入，二维模糊控制器的输出作为电流的参考值，经过此系统输出的电流与电流传感器输出的电流输入到电流比较器中，误差电流经过电流PID调节器输出PWM控制器的占空比，最后由PWM控制器通过逆变器控制无刷直流电机的转速。
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