CN219548696U - 一种直线电机型移门控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直线电机型移门控制装置，移门用直线电机包括两组间隔设置的定子线圈，和由强磁磁钢排列而成的动子，直线电机型移门控制装置包括设置在两组定子线圈之间的控制板，该控制板上包括移门控制器和位置检测单元，其特征在于：位置检测单元包括至少两组间隔设置的位置检测传感器，每一组位置检测传感器均与所述移门控制器通信连接。与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型通过设置至少两组间隔设置的位置检测传感器，移门控制器利用这些位置检测传感器测到的位置信息进行融合，可以得到精确的移门位置信号，实现两组定子线圈之间励磁电流的无缝切换，从而使得移门可以使用磁场定向控制，获得更佳的速度和推力稳定性。

Description

一种直线电机型移门控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种直线电机型移门控制装置。

背景技术

目前采用直线电机进行控制的自动移门，换向位置信号的采集通常采用霍尔开关，即根据霍尔开关的状态控制直线电机的换向，这种控制方式在直线电机上使用通常会导致位置定位精度较低，运动时速度和转矩波动大、噪声比较大的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种位置定位精度、运动时能获得稳定的速度和推力的直线电机型移门控制装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种直线电机型移门控制装置，用于控制移门用直线电机，其中移门用直线电机包括两组间隔设置的定子线圈，和由强磁磁钢排列而成的动子，所述直线电机型移门控制装置包括设置在两组定子线圈之间的控制板，该控制板上包括移门控制器和用于检测动子位置信号的位置检测单元，其特征在于：所述控制板上的位置检测单元包括至少两组间隔设置的位置检测传感器，每一组位置检测传感器均与所述移门控制器通信连接。

作为优选，所述位置检测传感器设有两组，分别为第一位置传感器和第二位置传感器，两组定子线圈分别为第一定子线圈和第二定子线圈，所述第一位置传感器靠近第一定子线圈设置，所述第二位置传感器靠近第二定子线圈设置。

作为优选，所述移门控制器采用磁场定向控制算法对两组定子线圈的电流进行控制。

作为改进，所述移门控制器包括移门运动规划模块、第一模数转换器、第二模数转换器、第一位置计算模块、第二位置计算模块、位置信息融合模块、速度计算模块、位置控制单元、速度控制单元、励磁切换模块、第一电流控制单元和第二电流控制单元，其中第一位置传感器的输出端与第一位置计算模块的输入端连接，第一位置计算模块的输出端与位置信息融合模块的第一输入端连接，第二位置计算模块的输出端与第二位置计算模块的输入端连接，第二位置计算模块的输出端与位置信息融合模块的第二输入端连接，位置信息融合模块将其输出的位置反馈信号同时输送给位置控制单元和速度计算模块，位置信息融合模块将其输出的切换指令输出给励磁切换模块，位置信息融合模块将其输出的电机电角度输出给第一电流控制单元和第二电流控制单元，移门运动规划模块用于将位置指令发送给位置控制单元，速度计算模块输出速度反馈信息给速度控制单元，位置控制单元根据位置指令和位置反馈信号进行运算输出速度指令给速度控制单元，速度控制单元根据速度指令和速度反馈信息运算输出电流指令给所述励磁切换模块，励磁切换模块分别控制第一电流控制单元和第二电流控制单元，第一电流控制单元和第二电流控制单元分别输出第一SVPWM信号和第二SVPWM信号给第一定子线圈和第二定子线圈。

再改进，当动子从一个端点向另一个端点运动时，所述位置信息融合模块通过如下公式计算位置反馈信号S：

S＝A*S1+(1-A)*S2；

A为权重系数，取值范围为[0-1]，A的初始值取1或0，A随着时间或者位置递减或递增；S1表示第一位置计算模块计算的位置信息，S2表示第二位置计算模块计算的位置信息。

再改进，所述第一电流控制单元输出给第一定子线圈的电流值I1通过如下公式获得：I1＝I*A；所述第二电流控制单元输出给第二定子线圈的电流值I2通过如下公式获得：I2＝I*(1-A)；其中I表示速度控制单元输出的总的电流指令。

再改进，所述两组定子线圈和所述控制板均固定在外壳上，外壳固定在门框上；所述动子固定在动子底座上，动子底座固定在导轨上。

再改进，所述动子包括多组以N极和S极交替排列的强磁磁钢。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型通过设置至少两组间隔设置的位置检测传感器，移门控制器利用这些位置检测传感器测到的位置信息进行融合，可以得到精确的移门位置信号，实现两组定子线圈之间励磁电流的无缝切换，从而使得移门可以使用磁场定向控制，获得更佳的速度和推力稳定性，而且位置定位精度相比传统方法获得大幅度的提高；另外电机的电流波动小，运行的噪声更小，也更加的节省能源。

附图说明

图1为本实用新型实施例中移门用直线电机的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中移门控制器的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

本实施例提供的直线电机型移门控制装置，用于控制移门用直线电机，其中移门用直线电机包括固定在门框上的外壳1，固定在外壳上的两组间隔设置的定子线圈，分别记为第一定子线圈2和第二定子线圈3，由多组N极和S极交替排列的强磁磁钢组成的动子4，动子4固定在动子底座5上，动子底座5固定在导轨6上，参加图1所示。所述直线电机型移门控制装置包括设置在两组定子线圈之间的控制板7，该控制板7上包括移门控制器和用于检测动子位置信号的位置检测单元。

本实施例中，控制板上的位置检测单元包括两组间隔设置的位置检测传感器，分别为第一位置传感器71和第二位置传感器72，第一位置传感器71和第二位置传感器72均与所述移门控制器通信连接；移门控制器采用磁场定向控制算法对两组定子线圈的电流进行控制。具体的，移门控制器包括IO模块73、蓝牙通信模块74、移门运动规划模块75、第一模数转换器76、第二模数转换器77、第一位置计算模块78、第二位置计算模块79、位置信息融合模块80、速度计算模块81、位置控制单元82、速度控制单元83、励磁切换模块84、第一电流控制单元85和第二电流控制单元86，其中IO模块73、蓝牙通信模块74均与移门运动规划模块75连接，第一位置传感器71的输出端与第一位置传感器的输入端连接，第一位置传感器71的输出端与第一位置计算模块78的输入端连接，第一位置计算模块78的输出端与位置信息融合模块80的第一输入端连接，第二位置传感器72的输出端与第二位置计算模块79的输入端连接，第二位置计算模块79的输出端与位置信息融合模块80的第二输入端连接，位置信息融合模块80将其输出的位置反馈信号同时输送给位置控制单元82和速度计算模块81，位置信息融合模块80将其输出的切换指令输出给励磁切换模块84，位置信息融合模块80将其输出的电机电角度输出给第一电流控制单元85和第二电流控制单元86，移门运动规划模块75用于将位置指令发送给位置控制单元82，速度计算模块81输出速度反馈信息给速度控制单元83，位置控制单元82根据位置指令和位置反馈信号进行运算输出速度指令给速度控制单元83，速度控制单元83根据速度指令和速度反馈信息运算输出电流指令给所述励磁切换模块84，励磁切换模块84分别控制第一电流控制单元和第二电流控制单元，第一电流控制单元85和第二电流控制单元86分别输出第一SVPWM信号和第二SVPWM信号给第一定子线圈2和第二定子线圈3。

通过第一位置传感器71和第二位置传感器72来检测动子磁钢的磁场强度或者磁场梯度，从而得到两个模拟量信号，这两个模拟量信号被第一模数转换器76和第二模数转换器77采集后变为数字信号，再经过第一位置计算模块78和第二位置计算模块79计算得到动子的实时位置信息，该位置信息分辨率可以达到12bit，如果磁钢的磁极距为12mm，则位置分辨率可达到0.0058mm。基于这个位置值，电机采用磁场定向(FOC)控制算法进行控制，控制时包含电流环、速度环、位置环，控制板采用SVPWM方式驱动功率模块，在此基础上可以实现移门的精确位置、速度、电流控制，还能更精确的实现防撞功能。

为了实现动子在两个定子线圈对应区间的无缝切换，需要将第一位置传感器71和第二位置传感器72采集的位置信号融合成一个位置数据，以及实现两个定子线圈励磁电流的切换。

上述移门运动规划模块75负责协调和控制整个移门的动作以及人机交互，当第一次上电时，移门控制器需要自动寻找移门的两个运动端点。此时移门控制器进入速度模式，进行来回移动，当碰到门的边框后编码器反馈的速度值趋于0时，认为移动到了端点，记下当前位置，来回运行后即可或者起点和终点的位置坐标。启动完成后，移门控制器控制移门进入关门状态，此时等待IO模块73的IO信号触发开门信号，如果检测到开门触发信号，则移门运动规划模块75进行加减速控制并得到位置指令，位置指令给位置控制单元82，位置控制单元82根据位置指令和检测到的位置反馈运算输出速度指令给速度控制单元83。速度控制单元83根据速度指令和速度计算模块81计算的速度反馈值进行运算输出电流指令。电流指令发送给励磁切换模块84，励磁切换模块84根据位置融合模块给出的切换指令对电流输出给定的第一电流控制单元85和第二电流控制单元86进行切换。第一电流控制单元85或第二电流控制单元86被激活后，根据电流指令和当前电机的电角度运算输出SVPWM(空间矢量PWM)信号驱动两个定子线圈，从而控制动子的运动。

位置信息融合模块80负责对两个位置传感器的位置值进行融合，并且计算电机的电角度以及发出电流控制单元切换指令，是决定整个移门控制器性能的关键模块。第一位置传感器71和第二位置传感器72检测到动子强磁的磁场强度，随着动子位置的移动，传感器输出随着位置变化的2个模拟信号，这2个模拟信号通常经过空间排列后会形成相差90度相位的正弦波，两个正弦波信号经过第一位置计算模块78和第二位置计算模块79的反正切运算后可以计算得到位置信息。当动子从一个端点向另一个端点运动时，第一位置传感器71和第二位置传感器72的位置传感器的信号会经过3种状态，分别是

状态1：第一位置传感器71有位置信息，第二位置传感器72无位置信息。

状态2：第一位置传感器71和第二位置传感器72均有位置信息。

状态3：第二位置传感器72有位置信息，第一位置传感器71无位置信息。

当处于状态2时，要看运动方向，如果动子从第一位置传感器71向第二位置传感器72运动，则当出现第二位置传感器72的信号后，等待一段时间t，开始对两个位置传感器的信号进行融合，融合的算法可以采用权重切换法：

S＝A*S1+(1-A)*S2；

A为权重系数，取值范围为[0-1]，刚开始切换时A取1，A随着时间或者位置进行递减，这样逐渐将位置切换到第二位置传感器72为主。同理当动子的运动方向为从第二位置传感器72向第一位置传感器71方向运动时，则融合位置也为利用上述公式，只不过A的取值是从0到1逐渐变大。上式中S表示融合后位置，S1表示第一位置传感器71的计算位置，S2表示第二位置传感器72的计算位置。

当处于状态1时和状态3时，使用第一位置传感器的数据或者第二位置传感器的数据作为融合输出位置，状态1时A＝1，状态3时A＝0；因此通过对权重A的调整就可以得到非常连续的位置反馈值，以及实现顺滑的无缝电流励磁切换，电机运行更加平稳。关于A的渐变调整方法，可以随着时间线性变化，也可以是随着位置线性变化，或者是与时间和位置成不同的函数关系或者更佳的切换性能。

同时，该权重A也用于两组定子线圈的电流值切换，即当位置融合算法开始切换时，第一定子线圈的电流的权重开始下降，第二定子线圈的电流开始上升。

I1＝I*A；

I2＝I*(1-A)；

其中I表示速度控制单元输出的总的电流指令，I1表示第一定子线圈的电流指令，I2表示第二定子线圈的电流指令。

本实施例中的位置信息融合模块通过融合的方法可以得到精确的移门位置信号，实现了双定子线圈之间励磁电流无缝切换，从而使得移门可以使用磁场定向控制，获得更佳的速度和推力稳定性，而且位置定位精度相比传统方法获得大幅度的提高。另外电机的电流波动小，运行的噪声更小，也更加的节省能源。

Claims (7)

1.一种直线电机型移门控制装置，用于控制移门用直线电机，其中移门用直线电机包括两组间隔设置的定子线圈，和由强磁磁钢排列而成的动子，所述直线电机型移门控制装置包括设置在两组定子线圈之间的控制板，该控制板上包括移门控制器和用于检测动子位置信号的位置检测单元，其特征在于：所述控制板上的位置检测单元包括至少两组间隔设置的位置检测传感器，每一组位置检测传感器均与所述移门控制器通信连接。

2.根据权利要求1所述的直线电机型移门控制装置，其特征在于：所述位置检测传感器设有两组，分别为第一位置传感器和第二位置传感器，两组定子线圈分别为第一定子线圈和第二定子线圈，所述第一位置传感器靠近第一定子线圈设置，所述第二位置传感器靠近第二定子线圈设置。

3.根据权利要求2所述的直线电机型移门控制装置，其特征在于：所述移门控制器包括移门运动规划模块、第一模数转换器、第二模数转换器、第一位置计算模块、第二位置计算模块、位置信息融合模块、速度计算模块、位置控制单元、速度控制单元、励磁切换模块、第一电流控制单元和第二电流控制单元，其中第一位置传感器的输出端与第一位置计算模块的输入端连接，第一位置计算模块的输出端与位置信息融合模块的第一输入端连接，第二位置计算模块的输出端与第二位置计算模块的输入端连接，第二位置计算模块的输出端与位置信息融合模块的第二输入端连接，位置信息融合模块的第一信号输出端同时与给位置控制单元和速度计算模块连接，从从而将其输出的位置反馈信号同时输送给位置控制单元和速度计算模块；位置信息融合模块的第二信号输出端与励磁切换模块连接，从而将其输出的切换指令输出给励磁切换模块；位置信息融合模块的第三信号输出端同时与第一电流控制单元和第二电流控制单元连接，从而将其输出的电机电角度输出给第一电流控制单元和第二电流控制单元；移门运动规划模块与位置控制单元连接，用于将位置指令发送给位置控制单元；速度计算模块与速度控制单元连接，用于将速度计算模块输出的速度反馈信息给速度控制单元；位置控制单元与速度控制单元连接，用于将位置控制单元输出的速度指令输送给速度控制单元；速度控制单元与励磁切换模块连接，用于将速度控制单元输出的电流指令输送给所述励磁切换模块；励磁切换模块分别控制第一电流控制单元和第二电流控制单元，第一电流控制单元和第二电流控制单元分别输出第一SVPWM信号和第二SVPWM信号给第一定子线圈和第二定子线圈。

4.根据权利要求3所述的直线电机型移门控制装置，其特征在于：当动子从一个端点向另一个端点运动时，所述位置信息融合模块通过如下公式计算位置反馈信号S：

S＝A*S1+(1-A)*S2；

A为权重系数，取值范围为[0-1]，A的初始值取1或0，A随着时间或者位置递减或递增；S1表示第一位置计算模块计算的位置信息，S2表示第二位置计算模块计算的位置信息。

5.根据权利要求4所述的直线电机型移门控制装置，其特征在于：所述第一电流控制单元输出给第一定子线圈的电流值I1通过如下公式获得：I1＝I*A；所述第二电流控制单元输出给第二定子线圈的电流值I2通过如下公式获得：I2＝I*(1-A)；其中I表示速度控制单元输出的总的电流指令。

6.根据权利要求1～5中任意一项权利要求所述的直线电机型移门控制装置，其特征在于：所述两组定子线圈和所述控制板均固定在外壳上，外壳固定在门框上；所述动子固定在动子底座上，动子底座固定在导轨上。

7.根据权利要求6所述的直线电机型移门控制装置，其特征在于：所述动子包括多组以N极和S极交替排列的强磁磁钢。