驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法
驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及带有位置传感器的电机控制方法，尤其驱动屏蔽门的有刷直流电机控制方法。
【背景技术】
[0002]地铁屏蔽门控制系统常用的执行机构是有刷直流电机和无刷直流电机，有刷电机相对于无刷电机，具有价格便宜，控制简单(无需换相)等优点，为了获取有刷电机的位置信号，通常会在电机内部内嵌光电码传感器作为位置传感器。电机控制器通过传感器输入信号的变化获取位移的变化量Λ s，同时记录位移变化所使用的时间Λ t，进而计算出电机的运行速度v=As/At，控制器是以速度为目标量进行PID (比例积分微分)控制。有刷直流电机的内置位置传感器由于接插件或使用环境恶劣等原因容易失效，而控制器要通过获取位置信号才能准确计算出电机的速度，如果内置传感器失效，就无法正确获取位置信号，控制器计算所得的速度将与电机的实际速度不符，就有可能引发安全事故，例如夹伤乘客、关闭不到位等，即使电机安全停转，也会影响地铁的正常运营。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足而提供一种驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，使其即使在电机内的位置传感器失效时，也可安全地控制电机、驱动屏蔽门正常开关。
[0004]本发明解决上述问题所采用的技术方案为:驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，其特征在于:所述电机由控制器控制，控制器包括数字信号处理器、电流采集模块、模拟数字转换器、脉冲宽度调制器，控制器与电机、位置传感器连接，电流采集模块检测电机电流，模拟数字转换器将电流信号转换为数字信号并输入数字信息处理器，所述控制方法包括以下步骤:
步骤a:电机驱动屏蔽门移动时，位置传感器检测电机的位置变化信号，数字信号处理器获取位置信号并计算位置变化所用时间，计算得到电机的速度，数字信号处理器对电机进行速度闭环PID控制；
步骤b:如果数字处理器无法获取位置传感器检测的位置变化信号，数字信号处理器比较电机电流和预设定的阀值，当电流大于设定的阀值时，控制电机停转或反转到初始状态；当电流不大于设定的阀值时，再判断数字信号处理器是否已记录了开关门全程的时间-占空比曲线，如果没有则控制电机匀速速度转动，如果有则根据记录的时间-占空比曲线，按开关门速度曲线控制电机；
所述的时间-占空比曲线按照以下方式记录:在屏蔽门测试时或正式运行时，屏蔽门开关门过程中，脉冲宽度调制器输出一组以时间为轴、对应开关门速度曲线的占空比数据，数字信号处理器记录每个占空比数据及其对应的时间，形成时间-占空比曲线。
[0005]更好地，控制器还连接到位传感器，到位传感器如果检测到屏蔽门没有开、关到位，循环步骤a、b，如果检测到屏蔽门开、关到位，电机停转。
[0006]更好地，速度闭环PID控制时，电机带动屏蔽门移动，移动过程分为五个阶段:启动后加速；加速到一定值后，保持匀速移动；屏蔽门运行至全行程85%的位置时开始减速；到全行程95%的位置时保持低速匀速移动；之后再减速移动，直至屏蔽门移动到位。
[0007]更好地，开门、关门全程时间设置为3秒，步骤b中每隔0.01秒记录一个占空比数据。
[0008]更好地，所述位置传感器为光电码盘。
[0009]本发明的优点在于:1、位置传感器可检测到电机的转动位置变化信号时，认为位置传感器信号正常，此时以速度为目标量进行闭环PID控制，控制精度高，如果位置传感器信号不正常时，并且电流不大于预设的阀值，说明位置传感器失效，此时也可根据已记录的开关门全程的时间-占空比曲线进行速度闭环控制，和位置传感器正常时的控制精度相当，即使没有记录全程的时间-占空比曲线，也可控制电机匀速转动，不会因位置传感器失效而影响屏蔽门的移动，避免妨碍轨道车辆的运营。2、如果电流大于预设定的阀值，判断为电机发生堵转，可能因屏蔽门遇到障碍，可采取停转或反转等措施，保证安全性。3、将屏蔽门移动状态分为五个阶段，更符合使用要求，移动速度更合理，安全性更强。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的控制过程图。
[0011]图2是本发明中屏蔽门速度曲线。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图、实施例对本发明进一步说明。
[0013]地铁屏蔽门的执行机构为有刷直流电机，电机内设置的位置传感器为光电码盘，控制电机的控制器包括数字信号处理器、电流采集模块、模拟数字转换器、脉冲宽度调制器，控制器与电机、光电码盘电连接，电流采集模块检测电机中的电流，模拟数字转换器将电流信号转换为数字信号并输入数字信息处理器，控制器还包括输入输出端口。
[0014]控制过程如图1所示，执行屏蔽门开关门动作时，光电码盘检测电机的转动位置变化信号，数字信号处理器如果能获取位置信号，根据位置变化所用时间，计算得到电机的速度，并以速度为目标量进行PID算法控制电机的转动；同时，脉冲宽度调制器输出一组以时间为轴、对应开关门速度曲线的占空比数据，数字信号处理器记录每个占空比数据及其对应的时间，形成时间-占空比曲线，时间-占空比曲线存储于数字信号处理器。持续按PID算法控制电机转动，直到到位传感器检测到屏蔽门已开门或关门到位，到位后电机停转，如果不到位，循环此过程。
[0015]速度闭环PID控制时，电机带动屏蔽门移动，如图2所示，移动过程分为五个阶段:启动后加速；加速到一定值后，保持匀速移动；屏蔽门运行至全行程85%的位置时开始减速；到全行程95%的位置时保持低速匀速移动；之后再减速移动，直至屏蔽门移动到位。
[0016]如果数字处理器无法获取位置传感器检测的电机转动位置变化信号，电流采集模块将检测到的电机中的电流信号经过模数转换后输入数字信号处理器，数字信号处理器比较电机电流和数字信号处理器中预设定的阀值，当电流大于设定的阀值时，则认为电机发生堵转情况，屏蔽门碰到了障碍物，需按照障碍物进行处理，控制电机停转或匀低速转动，以防止夹伤乘客，例如控制电机驱动屏蔽门以0.15m/S的速度移动，更安全的方案是控制电机匀低速反转，防止屏蔽门夹伤乘客。
[0017]如果电流不大于设定的阀值，视为位置传感器失效，再判断失效前数字信号处理器是否已记录了开关门全程的时间-占空比曲线，如果没有记录全程曲线，则控制电机按符合屏蔽门常规安全要求的匀速低速转动，例如使屏蔽门以0.15m/s匀速移动到位，防止屏蔽门在运行过程中由于位置缺失造成夹伤乘客的安全事故。如果已记录有全程的时间-占空比曲线，则根据记录的此曲线控制电机，实现以速度为目标量的进行闭环控制，直到到位传感器检测到屏蔽门移动到位后停止动作。
[0018]为了精确控制，位置传感器正常状态下，将开门或关门全程时间设定为3秒，以每0.01秒作为时间间隔，电机驱动时，每隔0.01秒脉冲宽度调制器记录一个占空比数据，也就是记录0.01秒内正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值，开门或关门过程中总共300个占空比数据，达到较高的控制精度。
[0019]优先选用的位置传感器为光电码盘，光电码盘中心有轴，轴上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，获得两方波信号A、B，A、B两相相差90度，通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，假设A相超前B相90度为正转，则B相超前A相90度为反转。
[0020]由于速度闭环PID控制算法、数字信号处理器、光电码盘已有现有技术公开，这里不再赘述。
【主权项】
1.驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，其特征在于:所述电机由控制器控制，控制器包括数字信号处理器、电流采集模块、模拟数字转换器、脉冲宽度调制器，控制器与电机、位置传感器连接，电流采集模块检测电机电流，模拟数字转换器将电流信号转换为数字信号并输入数字信息处理器，所述控制方法包括以下步骤: 步骤a:电机驱动屏蔽门移动时，位置传感器检测电机的位置变化信号，数字信号处理器获取位置信号并计算位置变化所用时间，计算得到电机的速度，数字信号处理器对电机进行速度闭环PID控制； 步骤b:如果数字处理器无法获取位置传感器检测的位置变化信号，数字信号处理器比较电机电流和预设定的阀值，当电流大于设定的阀值时，控制电机停转或反转到初始状态；当电流不大于设定的阀值时，再判断数字信号处理器是否已记录了开关门全程的时间-占空比曲线，如果没有则控制电机匀速速度转动，如果有则根据记录的时间-占空比曲线，按开关门速度曲线控制电机； 所述的时间-占空比曲线按照以下方式记录:在屏蔽门测试时或正式运行时，屏蔽门开关门过程中，脉冲宽度调制器输出一组以时间为轴、对应开关门速度曲线的占空比数据，数字信号处理器记录每个占空比数据及其对应的时间，形成时间-占空比曲线。
2.根据权利要求1所述的驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，其特征在于:所述控制器还连接到位传感器，到位传感器如果检测到屏蔽门没有开、关到位，循环步骤a、b，如果检测到屏蔽门开、关到位，电机停转。
3.根据权利要求2所述的驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，其特征在于:速度闭环PID控制时，电机带动屏蔽门移动，移动过程分为五个阶段:启动后加速；加速到一定值后，保持匀速移动；屏蔽门运行至全行程85%的位置时开始减速；到全行程95%的位置时保持低速匀速移动；之后再减速移动，直至屏蔽门移动到位。
4.根据权利要求1所述的驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，其特征在于:开门、关门全程时间设置为3秒，步骤b中每隔0.0l秒记录一个占空比数据。
5.根据权利要求1所述的驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，其特征在于:所述位置传感器为光电码盘。
【专利摘要】一种驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，包括步骤a：电机驱动屏蔽门移动时，数字信号处理器对电机进行速度闭环PID控制；步骤b：如果数字处理器无法获取位置传感器检测的位置变化信号，数字信号处理器比较电机电流和预设定的阀值，当电流大于设定的阀值时，控制电机停转或反转到初始状态；当电流不大于设定的阀值时，再判断数字信号处理器是否已记录了开关门全程的时间-占空比曲线，如果没有则控制电机匀速速度转动，如果有则根据记录的时间-占空比曲线，按开关门速度曲线控制电机。本发明能够在电机内的位置传感器失效时，仍能安全地控制电机，驱动屏蔽门正常开关。
【IPC分类】E05F15-632, E05F15-70
【公开号】CN104712214
【申请号】CN201510038245
【发明人】倪大成, 王飞, 包演生, 王啸, 陈裕, 周峰, 周天龙, 黄鹏
【申请人】宁波南车时代传感技术有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年1月26日
【技术领域】
[0001]本发明涉及带有位置传感器的电机控制方法，尤其驱动屏蔽门的有刷直流电机控制方法。
【背景技术】
[0002]地铁屏蔽门控制系统常用的执行机构是有刷直流电机和无刷直流电机，有刷电机相对于无刷电机，具有价格便宜，控制简单(无需换相)等优点，为了获取有刷电机的位置信号，通常会在电机内部内嵌光电码传感器作为位置传感器。电机控制器通过传感器输入信号的变化获取位移的变化量Λ s，同时记录位移变化所使用的时间Λ t，进而计算出电机的运行速度v=As/At，控制器是以速度为目标量进行PID (比例积分微分)控制。有刷直流电机的内置位置传感器由于接插件或使用环境恶劣等原因容易失效，而控制器要通过获取位置信号才能准确计算出电机的速度，如果内置传感器失效，就无法正确获取位置信号，控制器计算所得的速度将与电机的实际速度不符，就有可能引发安全事故，例如夹伤乘客、关闭不到位等，即使电机安全停转，也会影响地铁的正常运营。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足而提供一种驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，使其即使在电机内的位置传感器失效时，也可安全地控制电机、驱动屏蔽门正常开关。
[0004]本发明解决上述问题所采用的技术方案为:驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，其特征在于:所述电机由控制器控制，控制器包括数字信号处理器、电流采集模块、模拟数字转换器、脉冲宽度调制器，控制器与电机、位置传感器连接，电流采集模块检测电机电流，模拟数字转换器将电流信号转换为数字信号并输入数字信息处理器，所述控制方法包括以下步骤:
步骤a:电机驱动屏蔽门移动时，位置传感器检测电机的位置变化信号，数字信号处理器获取位置信号并计算位置变化所用时间，计算得到电机的速度，数字信号处理器对电机进行速度闭环PID控制；
步骤b:如果数字处理器无法获取位置传感器检测的位置变化信号，数字信号处理器比较电机电流和预设定的阀值，当电流大于设定的阀值时，控制电机停转或反转到初始状态；当电流不大于设定的阀值时，再判断数字信号处理器是否已记录了开关门全程的时间-占空比曲线，如果没有则控制电机匀速速度转动，如果有则根据记录的时间-占空比曲线，按开关门速度曲线控制电机；
所述的时间-占空比曲线按照以下方式记录:在屏蔽门测试时或正式运行时，屏蔽门开关门过程中，脉冲宽度调制器输出一组以时间为轴、对应开关门速度曲线的占空比数据，数字信号处理器记录每个占空比数据及其对应的时间，形成时间-占空比曲线。
[0005]更好地，控制器还连接到位传感器，到位传感器如果检测到屏蔽门没有开、关到位，循环步骤a、b，如果检测到屏蔽门开、关到位，电机停转。
[0006]更好地，速度闭环PID控制时，电机带动屏蔽门移动，移动过程分为五个阶段:启动后加速；加速到一定值后，保持匀速移动；屏蔽门运行至全行程85%的位置时开始减速；到全行程95%的位置时保持低速匀速移动；之后再减速移动，直至屏蔽门移动到位。
[0007]更好地，开门、关门全程时间设置为3秒，步骤b中每隔0.01秒记录一个占空比数据。
[0008]更好地，所述位置传感器为光电码盘。
[0009]本发明的优点在于:1、位置传感器可检测到电机的转动位置变化信号时，认为位置传感器信号正常，此时以速度为目标量进行闭环PID控制，控制精度高，如果位置传感器信号不正常时，并且电流不大于预设的阀值，说明位置传感器失效，此时也可根据已记录的开关门全程的时间-占空比曲线进行速度闭环控制，和位置传感器正常时的控制精度相当，即使没有记录全程的时间-占空比曲线，也可控制电机匀速转动，不会因位置传感器失效而影响屏蔽门的移动，避免妨碍轨道车辆的运营。2、如果电流大于预设定的阀值，判断为电机发生堵转，可能因屏蔽门遇到障碍，可采取停转或反转等措施，保证安全性。3、将屏蔽门移动状态分为五个阶段，更符合使用要求，移动速度更合理，安全性更强。
【附图说明】
[0010]图1是本发明的控制过程图。
[0011]图2是本发明中屏蔽门速度曲线。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图、实施例对本发明进一步说明。
[0013]地铁屏蔽门的执行机构为有刷直流电机，电机内设置的位置传感器为光电码盘，控制电机的控制器包括数字信号处理器、电流采集模块、模拟数字转换器、脉冲宽度调制器，控制器与电机、光电码盘电连接，电流采集模块检测电机中的电流，模拟数字转换器将电流信号转换为数字信号并输入数字信息处理器，控制器还包括输入输出端口。
[0014]控制过程如图1所示，执行屏蔽门开关门动作时，光电码盘检测电机的转动位置变化信号，数字信号处理器如果能获取位置信号，根据位置变化所用时间，计算得到电机的速度，并以速度为目标量进行PID算法控制电机的转动；同时，脉冲宽度调制器输出一组以时间为轴、对应开关门速度曲线的占空比数据，数字信号处理器记录每个占空比数据及其对应的时间，形成时间-占空比曲线，时间-占空比曲线存储于数字信号处理器。持续按PID算法控制电机转动，直到到位传感器检测到屏蔽门已开门或关门到位，到位后电机停转，如果不到位，循环此过程。
[0015]速度闭环PID控制时，电机带动屏蔽门移动，如图2所示，移动过程分为五个阶段:启动后加速；加速到一定值后，保持匀速移动；屏蔽门运行至全行程85%的位置时开始减速；到全行程95%的位置时保持低速匀速移动；之后再减速移动，直至屏蔽门移动到位。
[0016]如果数字处理器无法获取位置传感器检测的电机转动位置变化信号，电流采集模块将检测到的电机中的电流信号经过模数转换后输入数字信号处理器，数字信号处理器比较电机电流和数字信号处理器中预设定的阀值，当电流大于设定的阀值时，则认为电机发生堵转情况，屏蔽门碰到了障碍物，需按照障碍物进行处理，控制电机停转或匀低速转动，以防止夹伤乘客，例如控制电机驱动屏蔽门以0.15m/S的速度移动，更安全的方案是控制电机匀低速反转，防止屏蔽门夹伤乘客。
[0017]如果电流不大于设定的阀值，视为位置传感器失效，再判断失效前数字信号处理器是否已记录了开关门全程的时间-占空比曲线，如果没有记录全程曲线，则控制电机按符合屏蔽门常规安全要求的匀速低速转动，例如使屏蔽门以0.15m/s匀速移动到位，防止屏蔽门在运行过程中由于位置缺失造成夹伤乘客的安全事故。如果已记录有全程的时间-占空比曲线，则根据记录的此曲线控制电机，实现以速度为目标量的进行闭环控制，直到到位传感器检测到屏蔽门移动到位后停止动作。
[0018]为了精确控制，位置传感器正常状态下，将开门或关门全程时间设定为3秒，以每0.01秒作为时间间隔，电机驱动时，每隔0.01秒脉冲宽度调制器记录一个占空比数据，也就是记录0.01秒内正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值，开门或关门过程中总共300个占空比数据，达到较高的控制精度。
[0019]优先选用的位置传感器为光电码盘，光电码盘中心有轴，轴上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，获得两方波信号A、B，A、B两相相差90度，通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，假设A相超前B相90度为正转，则B相超前A相90度为反转。
[0020]由于速度闭环PID控制算法、数字信号处理器、光电码盘已有现有技术公开，这里不再赘述。
【主权项】
1.驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，其特征在于:所述电机由控制器控制，控制器包括数字信号处理器、电流采集模块、模拟数字转换器、脉冲宽度调制器，控制器与电机、位置传感器连接，电流采集模块检测电机电流，模拟数字转换器将电流信号转换为数字信号并输入数字信息处理器，所述控制方法包括以下步骤: 步骤a:电机驱动屏蔽门移动时，位置传感器检测电机的位置变化信号，数字信号处理器获取位置信号并计算位置变化所用时间，计算得到电机的速度，数字信号处理器对电机进行速度闭环PID控制； 步骤b:如果数字处理器无法获取位置传感器检测的位置变化信号，数字信号处理器比较电机电流和预设定的阀值，当电流大于设定的阀值时，控制电机停转或反转到初始状态；当电流不大于设定的阀值时，再判断数字信号处理器是否已记录了开关门全程的时间-占空比曲线，如果没有则控制电机匀速速度转动，如果有则根据记录的时间-占空比曲线，按开关门速度曲线控制电机； 所述的时间-占空比曲线按照以下方式记录:在屏蔽门测试时或正式运行时，屏蔽门开关门过程中，脉冲宽度调制器输出一组以时间为轴、对应开关门速度曲线的占空比数据，数字信号处理器记录每个占空比数据及其对应的时间，形成时间-占空比曲线。
2.根据权利要求1所述的驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，其特征在于:所述控制器还连接到位传感器，到位传感器如果检测到屏蔽门没有开、关到位，循环步骤a、b，如果检测到屏蔽门开、关到位，电机停转。
3.根据权利要求2所述的驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，其特征在于:速度闭环PID控制时，电机带动屏蔽门移动，移动过程分为五个阶段:启动后加速；加速到一定值后，保持匀速移动；屏蔽门运行至全行程85%的位置时开始减速；到全行程95%的位置时保持低速匀速移动；之后再减速移动，直至屏蔽门移动到位。
4.根据权利要求1所述的驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，其特征在于:开门、关门全程时间设置为3秒，步骤b中每隔0.0l秒记录一个占空比数据。
5.根据权利要求1所述的驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，其特征在于:所述位置传感器为光电码盘。
【专利摘要】一种驱动屏蔽门的带有位置传感器的电机控制方法，包括步骤a：电机驱动屏蔽门移动时，数字信号处理器对电机进行速度闭环PID控制；步骤b：如果数字处理器无法获取位置传感器检测的位置变化信号，数字信号处理器比较电机电流和预设定的阀值，当电流大于设定的阀值时，控制电机停转或反转到初始状态；当电流不大于设定的阀值时，再判断数字信号处理器是否已记录了开关门全程的时间-占空比曲线，如果没有则控制电机匀速速度转动，如果有则根据记录的时间-占空比曲线，按开关门速度曲线控制电机。本发明能够在电机内的位置传感器失效时，仍能安全地控制电机，驱动屏蔽门正常开关。
【IPC分类】E05F15-632, E05F15-70
【公开号】CN104712214
【申请号】CN201510038245
【发明人】倪大成, 王飞, 包演生, 王啸, 陈裕, 周峰, 周天龙, 黄鹏
【申请人】宁波南车时代传感技术有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年1月26日
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