CN113253771A - 一种摆闸运行位置控制方法 - Google Patents

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周稳
陈剑涛
徐伟伟
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    • G05D13/00—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover
    • G05D13/62—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover characterised by the use of electric means, e.g. use of a tachometric dynamo, use of a transducer converting an electric value into a displacement

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Abstract

本发明公开了一种摆闸运行位置控制方法，包含以下步骤：步骤1，设置摆闸运行曲线的参数；步骤2，依据规划设计的加速曲线进行加速运行，加速到减速位置；步骤3，到达减速位置后开始依据设计减速曲线运行；步骤4，减速运行到停机位置时，减速到零速保持运行，即为位置控制到行程终点；本发明的有益效果是：1、利于工程实现，方案简单可靠，有利于产品降低设计成本；2、位置控制运行平稳，可以实现到位精度满足设计需求；3、无需辨识电机参数，对电机的适用范围增大，有利于实际应用过程更换不同品牌、功率相差不大情况的电机。

Description

一种摆闸运行位置控制方法
技术领域
本发明涉及出行通道闸驱动位置控制技术领域，具体是一种摆闸运行位置控制方法。
背景技术
伴随着城市化建设的快速发展，目前基础实施建设中，特别是地铁站、机场、火车站、办公楼、工厂中，摆闸的应用越来越多，在无人自动化控制的前提下，如何快速可靠的使摆闸开启与关闭到固定位置，其中最关键的技术就是电机控制驱动设计。
当前摆闸控制使用的驱动电机有直流无刷BLDC，永磁同步电机等多种形式，其中低成本的直流无刷驱动方式具有很大的市场竞争力。通过基于闭环直流电流的速度控制方法之上，本发明专利致力于提供一种利于工程实现的开环位置控制方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种摆闸运行位置控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种摆闸运行位置控制方法，包含以下步骤：
步骤1，设置摆闸运行曲线的参数；
步骤2，依据规划设计的加速曲线进行加速运行，加速到减速位置；
步骤3，到达减速位置后开始依据设计减速曲线运行；
步骤4，减速运行到停机位置时，减速到零速保持运行，即为位置控制到行程终点。
作为本发明的进一步技术方案，步骤1中的参数包括减速位置和停机位置。
作为本发明的进一步技术方案，所述摆闸的运行工况可以分为四种，往右关门，左开门、右开门、左关门。
作为本发明的进一步技术方案，所述停机位置的设置，需要先确定低速运行稳定情况下停机情况，通过实验测量驱动速度进行分析，停机位置确定方法测试选择数据步骤过程如下：a、选取停机低速，选择默认停机低速20％，b、选取低速到零速减速时间，设计减速时间为零，c、选择停机位置，设计三个停机位置：左关门停机位置、右关门停机位置、开门停机位置。
作为本发明的进一步技术方案，获取减速过程规划速度的过程如下：确定低速的停机位置与速度(x2,fLow)，起始高速的停机位置与速度为(x1,fHigh)通过公式：
Figure BDA0003066553690000021
k1＝Ratio*k
计算出最小的斜率k。增加系数Ratio调节增大斜率k，可以更改减速曲线，呈现出不同的减速效果，如减速曲线为直线减速曲线，其中x为输入的位置，计算获取减速过程规划速度如下述公式：
y＝k(x-x1)+y1＝k(x-x1)+fHigh。
作为本发明的进一步技术方案，摆闸运行曲线按照运行状态划分为快启、平行、稳停、零速保持四个状态。
作为本发明的进一步技术方案，所述摆闸的运动通过直流无刷电机控制，通过霍尔位置检测模块采集直流无刷电机的动作，利用电流控制器和PWM控制器实现对直流无刷电机的控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、利于工程实现，方案简单可靠，有利于产品降低设计成本；2、位置控制运行平稳，可以实现到位精度满足设计需求；3、无需辨识电机参数，对电机的适用范围增大，有利于实际应用过程更换不同品牌、功率相差不大情况的电机。
附图说明
图1为摆闸BLDC电机控制框图；
图2为摆闸运行工况示意图。
图3为速度规划曲线示意图。
图4为位置控制实现的流程图。
图5为加速曲线设计示意图。
图6为减速曲线设计示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，实施例1：如图1所示，该控制包含速度控制环与电流控制环，本发明专利在速度控制基础之上，不采用位置闭环方式实现位置控制，首先，依据摆闸的运行工况，如图2所示进行设计区分，摆闸的运行工况可以分为四种，往右关门，左开门、右开门、左关门，电机驱动运行的位置距离可以控制为一样，运行的过程是由起点关门运行到距离的中点位置，再由中点位置开门运行到终点位置，由此往复运行。最需要的是关门到位在摆闸中间的时候，到位位置精准，双边两门的位置一致。进一步地，为了4个运行工况控制位置距离一致性，需要保障单个行程控制的稳定性，由此设计如图3所示的运动规划曲线，将曲线按照运行状态划分为快启、平行、稳停、零速保持四个状态，整个运行过程的控制流程图如图4所示：
一种摆闸运行位置控制方法，包含以下步骤：
步骤1，设置摆闸运行曲线的参数，减速位置、停机位置；
步骤2，依据规划设计的加速曲线进行加速运行，加速到减速位置；
步骤3，到达减速位置后开始依据设计减速曲线运行；
步骤4，减速运行到停机位置时，减速到零速保持运行，即为位置控制到行程终点。
其中，加速运行过程曲线计算设计如图5所示，图中tacc1和tacc2为两个不同的加速时间，加速区域可调设计量，位置行程中的加速距离将由减速起始位置确定，在位置固定的情况下，调节加速时间实际上就是在调节加速曲线的斜率了，可依据需求加速平缓性设计加速曲线为直线加速还是S曲线加速。
减速曲线设计，其实整个过程为了保障平滑，可以设计S曲线减速，当前为了快速满足应用需求，直接设计直线减速。设计如图6所示，前面已经确定低速的停机位置与速度(x2,fLow)，起始高速的减速起始为(x1,fHigh)这个也是确定的，那么就可以如式1所示计算出，最小的斜率k。增加系数Ratio调节增大斜率k，如图中k1，可以更改减速曲线，呈现出不同的减速效果。
Figure BDA0003066553690000041
k1＝Ratio*k (1)
如减速曲线为直线减速曲线，其中x为输入的位置，计算获取减速过程规划速度如式2所示
y＝k(x-x1)+y1＝k(x-x1)+fHigh (2)
由于不同机械结构摆闸的惯性情况不一样，最终到位行程终点的精准性不一，确定停机位置，需要先确定低速运行稳定情况下停机情况，可以通过实验测量驱动速度进行分析，停机位置确定方法测试选择数据步骤过程如下：
a、选取停机低速，由于要保障整个行程的快速性，停机速度不宜选择过低，过低的速度会加大减速过程的时间。为了保障停机过程的平稳性，低速速度不宜过高，过高的速度减速到零的过程产生的行程位移会较长，实验测试发现15％～20％额定速度为宜，为了保障快速性，可以选择默认停机低速20％；
b、选取低速到零速减速时间，由停机低速减速到零，希望做到尽量快，减少停机过程的产生的位移误差，可以设计减速时间为零，c、选择停机位置，停机位置的取舍关联因素较多，设计比较关键，前期需要通过测量得到低速稳定情况下，从低速零秒减速到零速的停机距离，从而可以得到设计取得的停机位置。其中可优化设计的是：首先，实验过程在以设定20％额定速度的低速运行，能够稳定运行后减速到零停机位置误差很小。
实施例2，基于上述实施例1，为了增加调整的灵活性考虑，可以设计正转与反转两种运行曲线的停机位置距离。摆闸的机械结构决定，运行关门到中间点位置的惯性造成的停机距离误差，大于到往起点或者终点的停机距离误差，实际后期优化可以设计，提高调节自由度，可以设计三个停机位置：左关门停机位置、右关门停机位置、开门停机位置。因为到非中点位置的距离到位要求精准度比到两边高，摆闸应用主要要求就是中间到位要准，行程运动到两边的要求是，尽量做到靠近极限的更长的行程距离，有利于整个行程加减速。
实施例3，基于上述实施例2，本设计的摆闸的运动通过直流无刷电机控制，通过霍尔位置检测模块采集直流无刷电机的动作，利用电流控制器和PWM控制器实现对直流无刷电机的控制。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种摆闸运行位置控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1，设置摆闸运行曲线的参数；
步骤2，依据规划设计的加速曲线进行加速运行，加速到减速位置；
步骤3，到达减速位置后开始依据设计减速曲线运行；
步骤4，减速运行到停机位置时，减速到零速保持运行，即为位置控制到行程终点。
2.根据权利要求1所述的一种摆闸运行位置控制方法，其特征在于，步骤1中的参数包括减速位置和停机位置。
3.根据权利要求1所述的一种摆闸运行位置控制方法，其特征在于，所述摆闸的运行工况可以分为四种，往右关门，左开门、右开门、左关门。
4.根据权利要求2所述的一种摆闸运行位置控制方法，其特征在于，所述停机位置的设置，需要先确定低速运行稳定情况下停机情况，通过实验测量驱动速度进行分析，停机位置确定方法测试选择数据步骤过程如下：a、选取停机低速，选择默认停机低速20％，b、选取低速到零速减速时间，设计减速时间为零，c、选择停机位置，设计三个停机位置：左关门停机位置、右关门停机位置、开门停机位置。
5.根据权利要求4所述的一种摆闸运行位置控制方法，其特征在于，获取减速过程规划速度的过程如下：确定低速的停机位置与速度(x2,fLow)，起始高速的停机位置与速度为(x1,fHigh)通过公式：
Figure FDA0003066553680000011
k1＝Ratio*k
计算出最小的斜率k，增加系数Ratio调节增大斜率k，可以更改减速曲线，呈现出不同的减速效果，如减速曲线为直线减速曲线，其中x为输入的位置，计算获取减速过程规划速度如下述公式：
y＝k(x-x1)+y1＝k(x-x1)+fHigh。
6.根据权利要求5所述的一种摆闸运行位置控制方法，其特征在于，所述摆闸运行曲线按照运行状态划分为快启、平行、稳停、零速保持四个状态。
7.根据权利要求5所述的一种摆闸运行位置控制方法，其特征在于，所述摆闸的运动通过直流无刷电机控制，通过霍尔位置检测模块采集直流无刷电机的动作，利用电流控制器和PWM控制器实现对直流无刷电机的控制。
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