CN105155964B - 一种闸机通道拍打门装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种闸机通道拍打门装置和控制方法，属于轨道交通、售检票服务、楼宇及特定场所安防门禁、场馆出入控制领域。该闸机通道拍打门装置包括拍打门，所述拍打门包括扇叶、扇叶支撑柱、弹簧和底座；所述扇叶通过固定件固定在所述扇叶支撑柱上；所述扇叶支撑柱的下方设有连接机构；所述连接机构的下端固定在所述底座上；所述弹簧的一端固定在连接机构的上端面，另一端固定在扇叶支撑柱的柱面上。

Description

一种闸机通道拍打门装置和控制方法

技术领域

本发明属于轨道交通、售检票服务、楼宇及特定场所安防门禁、场馆出入控制领域，具体涉及一种闸机通道拍打门装置和控制方法。

背景技术

随着轨道交通的高速发展，车站的乘客流量很大，为了方便通行，在检票口处需要用闸机来进行自动检票。每台闸机上都设有一个阻挡装置，在一般情况下挡住检票通道，在有人投单程票或刷储值票后，该阻挡装置会让开通道，允许一个人通过，然后再将通道阻挡起来。

目前现有的阻挡装置是三杆型的转盘，如图1所示，这种转盘10上有三个金属制成的棍型直杆20，每当投币或刷卡一次，转盘10就带动直杆20旋转120°，允许一个人通过。由于直杆20是斜向下伸出的，当转盘10旋转时，三个直杆20并不能完全让开闸机通道，使得人在通过时有可能碰到直杆20上受到伤害，另外，对一些体格较胖的人来说，每两个直杆20之间的空位也不足以允许其通过闸机通道，造成麻烦。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种闸机通道拍打门装置和控制方法，其上具有受控于电机装置可打开闭合的拍打门扇，能够完全打开阻挡闸机通道，也可完全闭合使得人在通过闸机通道时不会受到磕碰。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种闸机通道拍打门装置，包括拍打门，所述拍打门包括扇叶、扇叶支撑柱、弹簧和底座；

所述扇叶通过固定件固定在所述扇叶支撑柱上；

所述扇叶支撑柱的下方设有连接机构；

所述连接机构的下端固定在所述底座上；

所述弹簧的一端固定在连接机构的上端面，另一端固定在扇叶支撑柱的柱面上。

所述闸机通道拍打门装置包括电机、制动器和驱动器；

所述电机用于给拍打门提供旋转动力；

所述制动器用于锁止拍打门，防止人为暴力冲撞、暴力扳开、暴力关闭门翼的情况下扇门初始状态的改变；

所述驱动器通过实时监测拍打门在静止或开关门运动中是否受外力的状态，从而进行数据处理判断后控制制动器是否动作；若制动器动作则扇门被锁止在当前的状态。

所述连接机构包括顶板、底板和至少两根支撑杆，所述支撑杆位于顶板和底板之间，顶板、底板和支撑杆围合形成一个空间，所述制动器和电机安装在该空间内；所述制动器位于电机的上方；所述电机的下端固定在安装底座上；

在所述顶板的中间设有通孔，扇叶支撑柱穿过该通孔与制动器连接；

所述电机的输出轴，制动器的轴和扇叶支撑柱的轴位于同一条直线上；

所述驱动器控制电机，通过电机的转动带动扇门支撑柱转动，进而带动扇叶转动。

所述扇叶为长圆形，扇叶采用不锈钢骨架制成，在所述不锈钢骨架外包裹有聚氨酯类；

或者采用聚氨酯制成；或者采用钢化玻璃材质制成。

所述电机采用直流伺服电机，所述直流伺服电机为三相电机，采用三相六状态PWM调制，实现转速与转矩的控制。

所述闸机通道拍打门装置包括变压器、电源、门控制单元、主控单元和编码器；

所述电源与变压器连接，变压器与驱动器连接；

所述驱动器响应门控制单元的控制指令并执行动作时，驱动器驱动编码器，由编码器驱动电机进行转动，电机在转动时实时通过编码器把运动状态反馈给驱动器并通过驱动器完成对门控制单元的反馈交互，电机转动到设定角度后，门控制单元向驱动器发送停止命令，由驱动器向编码器发送反向电动势，编码器使电机减速，当电机的转速降低到接近静止状态时，驱动器驱动制动器对拍打门进行制动锁止，使扇门保持相应的状态；在该状态下，制动器的电磁离合器保持吸合状态，形成锁止力，当对扇叶的冲击力度产生的扭矩大于预设的阈值时，处于吸合状态的电磁离合器打开。

一种上述闸机通道拍打门装置的控制方法，

所述方法通过门控制单元向驱动器发送控制指令，通过驱动器驱动编码器，由编码器驱动电机进行转动，所述电机在转动时实时通过编码器把运动状态反馈给驱动器；

所述方法通过驱动器的拨码来区分左、右的扇门，具体如下：

拨码1为左右门设定拨码，拨到ON时为左边扇门，拨到OFF时为右边扇门；

拨码2为设定扇门关闭过程中遇阻处理模式，ON为关门遇阻力时停止，OFF为关门遇阻力时打开；默认为OFF；

拨码3为维修测试模式下找原点命令；正常使用状态下拨码3为OFF，否则无法正常工作；

拨码3+4为测试模式下，扇门循环开合动作命令；正常使用状态下拨码3和4应为OFF，否则无法正常工作。

所述编码器内设的编码与电机的转动轴在圆周运动中每一点的位置一一对应，通过采集编码器的编码状态来获得当前电机转动的角度；

当扇门的转动角度大于0.5度时，即被编码器识别并进行反馈。

所述门控制单元向驱动器发送控制指令包括动作脉冲信号、方向脉冲信号、脱机脉冲信号；

所述动作脉冲信号的波长用于确定扇门的动作时间，其幅值用于确定扇门的动作力度；

所述方向脉冲信号以单脉冲高低电平进行区分，用于确定扇门的动作方向；

所述脱机脉冲信号用于切断电机相电流，让电机处于自由状态，实现紧急情况下的扇门打开动作。

所述扇门从起始位置开始运动，运动到相对位置90度时，运动停止，此时通过驱动器反馈，制动器合上，进行制动，检票完毕，制动器上的离合器刹片分开，扇门回转到起始位置，以此往复运动；

所述方法通过驱动器监测扇门关闭状态下扇门受外力的情况，从而进行数据处理判断后控制制动器是否动作；

若制动器动作则扇门被锁止在当前的状态，锁止后力量达到175N—325N。

所述方法采用PID控制算法对电机进行闭环伺服控制，具体如下：

(1)计算理想位置和从编码器获得的实际位置之间的位置误差，通过驱动器中的位置中断程序进行返回；在防震荡处理之后，驱动器内置的PI位置控制器产生一个由于位置误差而引起的必须的速度；

(2)计算理想速度和实际速度之间的误差，作为PI速度控制器的输入；PI速度控制器的输出是理想电流分量；

(3)计算矢量坐标系的实际电流；PI电流控制器对实际电流和必须电流进行比较，产生一个需要的输出电压；

(4)利用脉冲宽度调制(PWM)产生输出电压来驱动伺服电机；

(5)在PI控制中增加D微分项来解决控制闭环的响应速度，实现快速精确控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

◆左/右扇门分别安装在通道两侧，扇叶闭合时与通道方向垂直，全部打开时与通道方向平行；

◆伺服电机通过连接机构直接带动扇叶运动，通过编码器识别扇叶运动情况，实现精确运动控制；扇门运行中，保证扇门稳定运行无振动，低噪声；

◆扇叶形状近似长圆形，扇叶内部设置不锈钢骨架，外部由聚氨酯包裹；

◆扇叶的形状和材料尽可能降低对乘客的伤害；

◆聚胺酯的厚度和密度充分考虑扇门运动过程中的减震；

◆一旦主电源失效，可以保证扇门立即全部打开，扇门开启由弹簧控制。

◆电机配合制动器驱动器(ECB)主要功能是解析GCU的控制信号，响应开/关门指令；

◆可以精确控制扇门力矩，反馈灵敏，可精确控制扇与乘客的接触力；

◆可以精确伺服控制扇门开关动作，动作平稳顺畅、低噪音。

◆可以监测关门状态下门翼受外力(如冲撞、暴力开门)情况，通过控制电磁制动器锁止门翼，锁止后力量到250N±30(175N—325N)；

◆电磁制动器的功能为锁止扇门门翼，防止人为暴力冲撞、暴力扳开、暴力关闭门翼的情况下扇门初始状态的改变，从而起到避免未授权通行的及其他类似情况的发生。

◆驱动器(ECB)通过实时监测扇门在静止或开关门运动中是否受外力的状态，从而进行相应数据处理判断后控制电磁制动器是否动作。若电磁制动器动作则扇门门翼会被锁止在当前的状态，锁止力为250N±30(175N—325N)。

◆具备过压、过流、过温保护功能；

◆具备电机故障监测、故障上报功能；

◆具有丰富的人机接口，方便维修调试；

◆具有日志记录功能。

本发明的应用领域包括但不限于门禁、安防领域，更可以在轨道交通的地铁、高铁等领域进行使用。本发明可根据闸机应用领域的不同配合不同高度、材质的扇叶。相对应用范围更广，更灵活。

附图说明

图1现有三杆门的结构示意图

图2本发明拍打门装置的结构示意图

图3本发明实施例中的标准通道扇门的结构示意图

图4本发明实施例中的宽通道扇门的结构示意图

图5-1本发明的扇门驱动器的主视图

图5-2本发明的扇门驱动器的俯视图

图5-3本发明的扇门驱动器的左视图

图6-1本发明的电磁制动器的右视图

图6-2本发明的电磁制动器的主视图

图6-3本发明的电磁制动器的左视图

图7-1本发明的变压器的主视图

图7-2本发明的变压器的俯视图

图7-3本发明的变压器的左视图

图8-1本发明实施例中的标准通道拍打门的主视图

图8-2本发明实施例中的标准通道拍打门的左视图

图8-3本发明实施例中的标准通道拍打门的俯视图

图9-1本发明实施例中的宽通道拍打门的主视图

图9-2本发明实施例中的宽通道拍打门的左视图

图9-3本发明实施例中的宽通道拍打门的俯视图

图10-1本发明的安装底座结构的主视图

图10-2图10-1中的B-B剖面图

图10-3图10-1中的A-A剖面图

图10-4本发明的安装底座的仰视图

图11本发明的系统原理图

图12本发明中三相逆变器与电机的等效原理图

图13由桥臂元件的开关状态组成的8种开关电压矢量的示意图

图14闭环伺服控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明闸机通道拍打门装置和控制方法，涉及一种轨道交通设备模块，特别涉及一种轨道交通自动检票机设备中的拍打门单元模块。

如图2所示，一种闸机通道拍打门装置，包括：聚氨酯扇叶1、固定件2、弹簧3、制动器4、一根扇叶支撑柱5、电机6和固定底座7。所述扇叶支撑柱5连接着扇叶1，支撑柱5的上端是固定件2，固定件2用于拍打门与闸机之间的固定安装；支撑柱5的下方是由四根支撑杆(本实施例中采用四根，可以少于或多于四根。)固定的制动器4，在四根支撑杆的上方，也就是支撑柱5的底端，安装着弹簧3。弹簧3的一端固定在四根支撑杆上方的固定架上，另一端固定在支撑柱5的柱面上，当柱面转动时，弹簧3会沿着柱面方向被拉伸，并依靠弹簧形变的收缩力回归初始位置。制动器4与控制支撑柱转动的电机6连接，图11中，驱动器ECB控制电机M，通过电机M的转动，实现拍打门支撑柱5转动，进而使支撑柱5上的拍打门扇叶1转动。电机的下端固定在安装底座上，四周有四个支撑柱配合上端固定架与制动器连接。并通过另四个支撑柱与拍打门支撑柱连接，并使电机轴，制动器轴，支撑柱的轴心保持在一条直线上。

电磁制动器(如图6-1至图6-3所示)的功能为锁止扇门门翼，防止人为暴力冲撞、暴力扳开、暴力关闭门翼的情况下扇门初始状态的改变，从而起到避免未授权通行的及其他类似情况的发生。

驱动器(ECB)通过实时监测扇门在静止或开关门运动中是否受外力的状态，从而进行相应数据处理判断后控制电磁制动器是否动作。若电磁制动器动作则扇门门翼会被锁止在当前的状态。

现有拍打门主要应用在轨道交通领域的地铁行业，开合角度只有接近90度，一台闸机通道需要安装两个拍打门单元才能满足双向通行控制的需求。而且独挡面积较小，易被跨越闯入，不适用于高铁领域。

高铁领域的拍打门因只有单向通行的要求(进出站不在一起，且固定区域完成出站和固定进站)，但对阻挡面积要求大，防止跨越闯入。本拍打门在结构与控制方式上进行了改进，扇门打开角度可满足90度到180度，因此一台闸机里只安装一个拍打门单元即可满足双向通行控制的需求。阻挡面积大，能有效防止跨越闯入。

本发明通过对控制技术与结构的创新，在有效执行闸机阻挡机构的功能外，拍打门的动作更加平滑精准，控制技术能有效监测扇门的运动过程，通过编码器反馈扇门打开的角度，并通过制动器能根据不同需求控制拍打门的静态锁紧力(防恐慌设计需求扇门被挤压超过一定力度时打开放行，防闯入需求扇门具备较高的锁紧力以防止闯入等)，实现智能控制通行。

如图2所示，拍打门安装于闸机通道中，在通行受控的场合来控制行人通过受控(付费)区和非受控(非付费)区之间的行为。

拍打门由一组驱动器(ECB)来控制安装在底座7上的电机6和制动器4来驱动或锁止支撑柱5上的扇叶1。

扇叶支撑柱5连接着扇叶1，支撑柱5的上端是固定件2，固定件2用于拍打门与闸机之间的固定安装；支撑柱5的下方是由四根支撑杆固定的制动器4，在四根支撑杆的上方，也就是支撑柱5的底端，安装着弹簧3。

弹簧3的一端固定在四根支撑杆上方的固定架上，另一端固定在支撑柱5的柱面上，当柱面转动时，弹簧3会沿着柱面方向被拉伸，并依靠弹簧形变的收缩力回归初始位置。

拍打门的打开、关闭均属于运动过程，区别是支撑柱转动角度的不同，整个运动过程包括电机启动-电机减速-制动器制动三个步骤。当驱动器完成制动后，制动器的核心部件电磁离合器保持吸合状态，则拍打门处于锁止状态。

拍打门驱动器(ECB)通过和上位GCU之间的通讯完成二者间控制指令和反馈信息的交互，驱动器最终响应GCU控制指令并执行拍打门的打开、关闭和锁止等动作。当扇门运动过程中遇到外力等异常情况或故障发生时，驱动器(ECB)将信息反馈给GCU。

驱动器ECB响应GCU控制指令并执行动作时，ECB会驱动编码器，由编码器驱动电机6进行转动，电机在转动时实时通过编码器把运动状态反馈给ECB并通过ECB完成对GCU的反馈交互，电机6转动到一定角度后，GCU向ECB发送停止命令，由ECB向编码器发送反向电动势，编码器使电机减速，当电机转速降低到接近静止状态时，ECB会驱动制动器4对拍打门进行制动锁止，使扇门保持相应的状态。

在该状态下，制动器4的核心部件电磁离合器会保持吸合状态，形成一定的锁止力，当对门叶1的冲击力度产生的扭矩大于可预设的阈值时，处于吸合状态的电磁离合器会打开，以确保拍打门单元实现防闯入与防恐慌相应功能。

本发明中的扇叶形状近似长圆形，扇叶内部设置不锈钢骨架，外部由聚氨酯类包裹骨架，扇叶也可由聚氨酯制成，或使用钢化玻璃材质制成。扇叶运动方向平行于闸机通道方向。

控制电机6为直流伺服电机，电机通过连接机构直接带动扇叶运动，通过驱动器ECB中的编码器识别扇叶运动情况，实现精确运动控制；扇门运行中，保证扇门稳定运行无振动，低噪音。

拍打门单元主要由两部分组成：扇门和变压器，系统原理如图11所示，包括：

主控单元(ECU)、信号线接门控制单元(GCU)、电源和变压器；

左扇门与左制动器连接，左制动器与左扇门驱动器连接，左扇门驱动器与变压器、信号线接门控制单元连接；

右扇门与右制动器连接，右制动器与右扇门驱动器连接，右扇门驱动器与变压器、信号线接门控制单元连接。

门单元部件清单如表1所示：

序号	部件名称	备注
			1	扇门-左	含驱动器、制动器
2	扇门-右	含驱动器、制动器
			3	变压器

表1

规格参数如表2所示：

表2

噪声测量位置为通道中间，距离地面1米。用第三方测试工具在通道的中间位置进行测试，以得到工作时的噪音值，用以编写产品规格。

变压器采用扇门专用变压器，如图7-1至图7-3所示，包含1路AC220V输入和2路输出(DC48V/DC24V)，为扇门机构提供电源，提供过载保护功能。

扇门机构分为两种类型：

◆边机扇门----固定底座(如图10-1至图10-4所示)上仅安装一个扇门，适用于闸机边机。

◆中间机扇门----固定底座上对称安装两个扇门，适用于闸机中间机。

拍打门的扇门在物理类型上不区分左右扇门，但在使用过程中一个通道的一对扇门需要在逻辑类型上区分左右门，且必须设定为一左一右。具体的驱动器(ECB)设置可以通过驱动器的拨码来区分左右门，左/右扇门分别安装在通道两侧(每片闸机一个)，扇叶运动方向平行于通道方向；

拨码1---------左右门设定拨码，拨到ON(按下)为左门，拨到OFF(抬起)为右门设置；

拨码2---------设定扇门关闭过程中遇阻处理模式(默认为OFF)：ON为关门遇阻力时停止，OFF为关门遇阻力时打开；

拨码3----------维修测试模式下找原点命令；正常使用状态下拨码3应为OFF，否则无法正常工作；

拨码3+4-------测试模式下，扇门循环开合动作命令；正常使用状态下拨码3和4应为OFF，否则无法正常工作；

伺服电机(图11中的M，(motor，英文缩写))通过连接机构直接带动扇叶运动，通过扇门驱动器解析门控单元GCU的控制信号，响应开关门的指令，并依靠驱动器和制动器实现精确运动控制，并具备过压、过流、过温保护功能；具备电机故障监测、故障上报功能。

驱动器可以精确控制扇门开关动作的力矩及反馈，，可精确控制扇门与乘客的接触力度并保持们动作的平稳顺畅。这是通过电机驱动器和编码器来实现的，驱动器ECB会驱动编码器，由编码器驱动电机6进行转动，电机6在转动时实时通过编码器把运动状态反馈，电机编码器内设的编码与电机转动轴在圆周运动中每一点的位置一一对应并且唯一，因此通过采集编码器的编码状态即可获知当前电机转动的角度。编码器内部有不同的编码对应着电机转动的位置，当门的位置发生改变，转动角度大于0.5度即可被编码器识别并进行反馈。编码器反馈给驱动器后，由驱动器向下位机进行反馈。

本发明使用的电机为直流伺服电机，其原理是通电励磁后产生一个转矩，使得电机中的转子转动到磁通路径中磁阻最小的位置上，励磁后的转矩大小受到通电电压的控制。

在电机中，定子上有三相对称绕组，转子上装有永久磁钢因此转子的磁场是不变的。

当电机通电时，电机内部定子绕组的激励电流会形成的磁场会与转子表面的永磁体磁场形成同性相斥、异性相吸的电磁转矩。当阻扰产生的合磁场发生转动时，转子也会随之转动。为了能够产生连续的旋转定子磁通，相电压互相之间的相位差为120°的电角度。

直流伺服电机为三相电机，采用三相六状态PWM调制，来实现转速与转矩的控制。

图12是本发明中三相逆变器与电机的等效原理图，逆变器桥臂的上下开关元件在任何同一时刻不能同时导通。不考虑死区时，上下桥臂的开关呈互逆状态。

当电机通入理想三相正弦电压时，输出的空间电压矢量为：

U＝u_a+u_b+u_c

式中，u_a、u_b、u_c分别是逆变器三相输出的瞬间电压。由桥臂元件的开关状态组成的8种开关电压矢量，其中u₀₀₀和u₁₁₁是零矢量，它们将空间分成六个区域，两相邻有效矢量的夹角为60°。

理想情况下，空间电压矢量为圆形旋转矢量。而磁通为电压的时间积分，也是圆形的旋转矢量。对于逆变器来说，三相桥臂的开关只有8个导通状态，包括6个非零矢量和2个零矢量。在忽略定子电阻压降时，对应6个非零矢量磁通的运动轨迹为正六边形。

如图13所示，将圆平面分成6个扇区，并选择相邻的两个电压矢量用于合成每个扇区内的任意电压矢量。如果把上桥臂的功率开关器件的导通状态用“l”表示，关断状态用“O”表示，那么就有八种开关状态构成对应的电压空间矢量。其分别表示为：u₀(000)、u₁(100)、u₂(110)、u₃(010)、u₄(011)、u₅(001)、u₆(101)、u₇(111)，其中，u₀(000)和u₇(111)是零矢量，没有实际意义，则开关状态及相应的瞬时线电压和相电压如表3所示：

A

B

C

ua

ub

uc

VAN

VBN

VCN

0

0

0

-VDC/2

-VDC/2

-VDC/2

0

0

0

0

0

1

-VDC/2

-VDC/2

+VDC/2

-VDC/3

-VDC/3

+2VDC/3

0

1

0

-VDC/2

+VDC/2

-VDC/2

-VDC/3

+2VDC/3

-VDC/3

0

1

1

-VDC/2

+VDC/2

+VDC/2

-2VDC/3

+VDC/3

+VDC/3

1

0

0

+VDC/2

-VDC/2

-VDC/2

+2VDC/3

-VDC/3

-VDC/3

1

0

1

+VDC/2

-VDC/2

+VDC/2

+VDC/3

-2VDC/3

+VDC/3

1

1

0

+VDC/2

+VDC/2

-VDC/2

+VDC/3

+VDC/3

-2VDC/3

1

1

1

+VDC/2

+VDC/2

+VDC/2

0

0

0

表3

可以利用Clarke变换表达，两相正交坐标系统直轴α和交轴β分量，描述了三相定子电压，其矩阵形式为：

标准空间矢量调制的对象是参考定子电压矢量的近似值Vs，电机具有正弦形的电动势波形，其定子电压、电流也为正弦坡形。

在此种情况下，参考定子电压矢量Vs位于扇形区域1当中，并且如前面提到的，能够由具有适当占空比的基本空间矢量u₀和u₆₀合成。

各自扇形区域的空间矢量的占空比与矢量u₆₀和u₀工作周期比基本类似。如第二扇区的基本空间矢量占空比大致类似于u₁₂₀和u₆₀工作周期比。如此递推可得到如下各区与各相电压正弦波之间的对应关系。

由此可知，只要考虑定子参考电压矢量的位置即可完成对电机的转动控制，定子参考电压矢量通过赋予各相电压正确的占空比即可获得。采用PWM(脉冲宽度调试)技术，即可实现对三相电压占空比的调制。

直流伺服电机的工作状态为四象限运行,即正转电动、正转制动、反转电动和反转制动,且在不改变电机结构和控制器硬件电路的情况下,通过嵌入式软件控制实现正转电动和制动相互切换、正转制动到反转电动的切换、反转电动和制动相互切换和反转制动到正转电动的切换。直流伺服电机采用三相六状态PWM调制，来实现转速与转矩的控制。

在本发明中，是把直流电压调制成一系列电压脉冲，以实现变频、变压并有效控制盒消除谐波，这种控制技术具有很强的抗噪性，电路设计较小巧，能有效节约驱动器占用空间。

产生PWM脉冲的方式有很多，传统方式是借助数字逻辑器件，这种方法电路复杂，集成度低；另一种方法是通过单片机程序模拟，依靠单片机定时器资源控制，借助I/O端口输出，这种方法程序代码量大，调试不便捷，随着嵌入式技术的发展，单片机功能越来越丰富，很多单片机已经具有内置的PWM输出模块，可以快速方便的输出所需的PWM信号，本发明是采用了此种内置PWM输出模块的单片机来提供电机驱动器的脉冲输入的。

拍打门单元属于闭环伺服系统，当驱动器接收到的输入控制信号主要包含动作脉冲信号、方向脉冲信号、脱机脉冲信号。

动作脉冲信号的波长决定了门的动作时间、幅值决定了门的动作力度。

方向信号以单脉冲高低电平进行区分，决定了门的动作方向。

脱机脉冲信号决定电机相电流被切断，让电机处于自由状态，实现紧急情况下的门打开动作。

通过电路设计和嵌入式软件控制，能保证拍打门单元按照规定的脉冲信号执行响应动作，闭环伺服系统也将门运动的状态进行反馈。比如编码器内部有不同的编码对应着电机转动的位置，当门的位置发生改变，转动角度大于0.5度即可被编码器识别并进行反馈。

在电机的控制过程中，采用了PID控制算法来进行电机的进一步精确控制，PID是指比例，积分、微分控制，是控制调节器规律的一种可靠实用的算法，是连续系统动态品质校正的一种有效方法。

对于本发明来说，电机是处于闭环伺服控制系统中，如图14所示：

驱动扇门动作时，扇门转动的角度是受电路中驱动电流控制的，但是这个动作的幅度是有误差的，造成误差的原因有很多，比如通电是一瞬间完成的，电流是个瞬态值，门的转动要克服驱动器的锁止力，摩擦力等等，因此理论上，加载一个固定电压，产生一个电流值，门应该转动相同的角度，这个就是计算的理想位置。但是实际上，这个转动角度是受上述误差影响的，因此问到达的位置，是实际位置。

为了消除这个误差，让实际位置无限接近于计算理想位置，实现精确的控制：即每次加载一个固定电压，门都转动相同的角度，到达相同位置，这就需要PID算法来进行控制和补偿修复误差的这样的机制。

因此当门需要转动到一定的角度时，这个驱动电流是依靠电压生成的，也是相对固定的。从编码器可以知道门的初始位置和最终位置的差的，类似一个矢量值，当需要门转动到某个角度时，这个矢量值是可以计算的，在知道这个矢量值后，就可以知道需要多大的驱动电压来生成这个驱动电流，PID算法对于实际电流和驱动的必须电流进行比较和控制，最终保证门能运动到目标位置。

伺服控制的主要思路是：

1.计算理想位置和实际位置(实际位置是依靠编码器得到的，门转动以后，位置会发生变化，每一个细微位置，在编码器中都是一一对应的。)之间的位置误差，通过位置中断程序进行返回。在防震荡处理之后，PI位置控制器会产生一个由于位置误差而引起的必须的速度。

2.计算理想速度和实际速度之间的误差，作为PI速度控制器的输入。PI速度控制器的输出是理想电流分量。

3.计算矢量坐标系的实际电流。PI电流控制器会对必须电流进行比较，产生一个需要的输出电压。

4.利用PWM产生输出电压来驱动伺服电机。

5.在PI控制中增加D微分项来解决控制闭环的响应速度，实现快速精确控制。

驱动器监测关门状态下门翼受外力(如冲撞、暴力开门)情况，从而进行相应数据处理判断后控制电磁制动器是否动作。若电磁制动器动作则扇门门翼会被锁止在当前的状态，锁止后力量达到250N±30(175N—325N)。驱动器的结构如图5-1至图5-3所示。

拍打门从起始位置开始运动，运动到相对位置90度时，运动停止，此时通过驱动器反馈，制动器合上，进行制动，检票完毕，制动器上的离合器刹片分开，拍打门回转到起始位置，以此往复运动。

具体实施时，根据扇门的尺寸，分为标准通道扇门(如图3所示)和宽通道扇门(如图4所示)，标准通道扇门的结构如图8-1至图8-3所示，其尺寸为：

标准通道拍打门的尺寸为：

从底座最底面到拍打门装置的最高点(门叶上端面)的距离为1180mm

门叶高度为810mm、厚度为30mm、宽度为254mm

底座长度240mm、宽度为172mm

从门叶外端面到底座宽边的距离为462mm

)，宽通道扇门的结构如图9-1至图9-3所示，其尺寸为：

宽通道拍打门的尺寸为：

从底座最底面到拍打门装置的最高点(门叶上端面)的距离为1180mm

门叶高度为810mm、厚度为30mm、宽度为424mm

底座长度240mm、宽度为172mm

从门叶外端面到底座宽边的距离为596mm。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种闸机通道拍打门装置，其特征在于：所述闸机通道拍打门装置包括拍打门、电机、制动器、驱动器、变压器、电源、门控制单元、主控单元和编码器，所述拍打门包括扇叶；

所述电源与变压器连接，变压器与驱动器连接；

所述驱动器响应门控制单元的控制指令并执行动作时，驱动器驱动编码器，由编码器驱动电机进行转动，电机在转动时实时通过编码器把运动状态反馈给驱动器并通过驱动器完成对门控制单元的反馈交互，电机转动到设定角度后，门控制单元向驱动器发送停止命令，由驱动器向编码器发送反向电动势，编码器使电机减速，当电机的转速降低到接近静止状态时，驱动器驱动制动器对拍打门进行制动锁止，使扇门保持相应的状态；在该状态下，制动器的电磁离合器保持吸合状态，形成锁止力，当对扇叶的冲击力度产生的扭矩大于预设的阈值时，处于吸合状态的电磁离合器打开。

2.根据权利要求1所述的闸机通道拍打门装置，其特征在于：

所述电机用于给拍打门提供旋转动力；所述电机采用直流伺服电机，所述直流伺服电机为三相电机，采用三相六状态PWM调制，实现转速与转矩的控制；

所述制动器用于锁止拍打门，防止人为暴力冲撞、暴力扳开、暴力关闭门翼的情况下扇门初始状态的改变；

所述驱动器通过实时监测拍打门在静止或开关门运动中是否受外力的状态，从而进行数据处理判断后控制制动器是否动作；若制动器动作则扇门被锁止在当前的状态。

3.根据权利要求2所述的闸机通道拍打门装置，其特征在于：

所述拍打门包括扇叶支撑柱、弹簧和底座；

所述扇叶通过固定件固定在所述扇叶支撑柱上；

所述扇叶支撑柱的下方设有连接机构；

所述连接机构的下端固定在所述底座上；

所述弹簧的一端固定在连接机构的上端面，另一端固定在扇叶支撑柱的柱面上。

4.根据权利要求3所述的闸机通道拍打门装置，其特征在于：

所述连接机构包括顶板、底板和至少两根支撑杆，所述支撑杆位于顶板和底板之间，顶板、底板和支撑杆围合形成一个空间，所述制动器和电机安装在该空间内；所述制动器位于电机的上方；所述电机的下端固定在安装底座上；

在所述顶板的中间设有通孔，扇叶支撑柱穿过该通孔与制动器连接；

所述电机的输出轴，制动器的轴和扇叶支撑柱的轴位于同一条直线上；

所述驱动器控制电机，通过电机的转动带动扇门支撑柱转动，进而带动扇叶转动。

5.根据权利要求1至4任一所述的闸机通道拍打门装置，其特征在于：所述扇叶为长圆形，扇叶采用不锈钢骨架制成，在所述不锈钢骨架外包裹有聚氨酯类；或者采用聚氨酯制成；或者采用钢化玻璃材质制成。

6.一种对权利要求1至5任一所述的闸机通道拍打门装置进行控制的控制方法，其特征在于：所述方法通过门控制单元向驱动器发送控制指令，通过驱动器驱动编码器，由编码器驱动电机进行转动，所述电机在转动时实时通过编码器把运动状态反馈给驱动器；

所述方法通过驱动器的拨码来区分左、右的扇门，具体如下：

拨码1为左右门设定拨码，拨到ON时为左边扇门，拨到OFF时为右边扇门；

拨码2为设定扇门关闭过程中遇阻处理模式，ON为关门遇阻力时停止，OFF为关门遇阻力时打开；默认为OFF；

拨码3为维修测试模式下找原点命令；正常使用状态下拨码3为OFF，否则无法正常工作；

拨码3+4为测试模式下，扇门循环开合动作命令；正常使用状态下拨码3和4应为OFF，否则无法正常工作。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述编码器内设的编码与电机的转动轴在圆周运动中每一点的位置一一对应，通过采集编码器的编码状态来获得当前电机转动的角度；

当扇门的转动角度大于0.5度时，即被编码器识别并进行反馈。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述门控制单元向驱动器发送控制指令包括动作脉冲信号、方向脉冲信号、脱机脉冲信号；

所述动作脉冲信号的波长用于确定扇门的动作时间，其幅值用于确定扇门的动作力度；

所述方向脉冲信号以单脉冲高低电平进行区分，用于确定扇门的动作方向；

所述脱机脉冲信号用于切断电机相电流，让电机处于自由状态，实现紧急情况下的扇门打开动作。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述扇门从起始位置开始运动，运动到相对位置90度时，运动停止，此时通过驱动器反馈，制动器合上，进行制动，检票完毕，制动器上的离合器刹片分开，扇门回转到起始位置，以此往复运动；

所述方法通过驱动器监测扇门关闭状态下扇门受外力的情况，从而进行数据处理判断后控制制动器是否动作；

若制动器动作则扇门被锁止在当前的状态，锁止后力量达到175N—325N。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：所述方法采用PID控制算法对电机进行闭环伺服控制，具体如下：

(1)计算理想位置和从编码器获得的实际位置之间的位置误差，通过驱动器中的位置中断程序进行返回；在防震荡处理之后，驱动器内置的PI位置控制器产生一个由于位置误差而引起的必须的速度；

(2)计算理想速度和实际速度之间的误差，作为PI速度控制器的输入；PI速度控制器的输出是理想电流分量；

(3)计算矢量坐标系的实际电流；PI电流控制器对实际电流和必须电流进行比较，产生一个需要的输出电压；

(4)利用脉冲宽度调制产生输出电压来驱动伺服电机；

(5)在PI控制中增加D微分项来解决控制闭环的响应速度，实现快速精确控制。