軌道交通門機系統(tǒng)驅(qū)動控制器關(guān)鍵問題的研究

彭先勝

摘 要：在軌道交通門機系統(tǒng)的運行過程當中，其驅(qū)動控制器還存在一些關(guān)鍵問題，對此，需要相關(guān)部門合理采取解決對策，確保門機系統(tǒng)驅(qū)動能夠得到有效控制，從而保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。本文針對軌道交通門機系統(tǒng)的驅(qū)動控制器關(guān)鍵問題進行分析，探討了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能劃分和控制方法，并提出具體的解決對策，希望能夠為相關(guān)工作人員起到一些參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：軌道交通;門機系統(tǒng);驅(qū)動控制器;關(guān)鍵問題

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能劃分及控制方法

軌道交通門機系統(tǒng)可以對外部設(shè)備的控制命令執(zhí)行，同時還可以對門體進行控制，使其按照原本設(shè)定的運動曲線，實現(xiàn)對門體的制動、啟動以及減速等相關(guān)操作目標，與此同時，門機系統(tǒng)還可以利用傳感器裝置對門體運動速度、狀態(tài)信息以及行程信息等進行接收，并綜合分類收集到的信息，向中央控制器當中進行發(fā)送。針對硬件系統(tǒng)進行分析，其具體可以分為控制部分和任務(wù)管理部分，在本次研究當中，需要將TM S320LF2407A作為具體的控制芯片，同時還需要通過無刷直流電機控制，對電流雙閉環(huán)PI以及速度控制等進行采用。在本系統(tǒng)當中，相關(guān)控制對象的無數(shù)直流電機所具有的反電動勢主要為梯形，而門機系統(tǒng)則采用兩相導通和三相星型狀態(tài)的導通方式。而該電機的三相繞組每次運行時，可以同時導通兩相，并關(guān)斷另外一相。電機主要采用星型進行連接，其轉(zhuǎn)子位置則主要對應(yīng)6種不同的狀態(tài)。對于電機轉(zhuǎn)速而言，其可以利用光電編碼器進行測量，并向DSP的光編碼盤接口進行接入。通過采用M/T法可以得出相應(yīng)的速度值，并將其作為相關(guān)的反饋信號，對比速度給定值，并將獲得的偏差作為相關(guān)電流環(huán)的具體給定輸入。與此同時，還需要對該系統(tǒng)速度的采樣頻率進行控制，將其定位1KHZ。電流反饋信號主要是從逆變器直流一側(cè)去除，可以對電流幅值進行控制。直流側(cè)電流反饋控制，需要對流過直流電源的相關(guān)電流信號進行分析，并利用電流傳感器對電流反饋信號進行獲取。之后則可以將信號利用A/D轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，對比給定輸入，使其形成相應(yīng)的電流偏差。電流控制器可以對PWM占空比進行控制，而且可以在高速、低速等階段對不同占空比進行自動選擇，確保上升和下降電流速率能夠保持相同，使電流換相過程中，非換相電流可以保持無脈動。這一方法相對比較簡單，因此可以在較寬范圍內(nèi)使用。該系統(tǒng)電流采樣頻率具體保持在4KHZ，并采用離散PI算法合理調(diào)節(jié)電流和速度。

2無刷直流電機控制方法的改進

軌道交通門機系統(tǒng)可以通過3個霍爾元件，獲取無刷電機轉(zhuǎn)子位置，而各個霍爾元件可以產(chǎn)生相應(yīng)脈寬的輸出信號。而在對信號進行獲取時，3個霍爾傳感器的輸出信號之間相差120°相位差。這樣一來，霍爾元件可以在每360°電角度，并包括6個上升或下降沿。一般采取的方法需要對應(yīng)6個換相時刻，對3個霍爾元件進行利用，向DSP的3路信號輸入捕捉接口接入。與此同時，DSP還可對雙沿觸發(fā)捕捉中的功能進行設(shè)置，從而對6個時刻進行獲得。

在對中斷處理子程序進行捕捉時，可以根據(jù)相關(guān)換相信息保證換相的正確性，確保電機正常運轉(zhuǎn)。換相控制字需要按照CAP3 、CAP2 、CA P1 的順序進行獲取，并對3個引腳高低電平進行顯示，其中1為高，而0則為低，對轉(zhuǎn)子位置的6個區(qū)間進行對應(yīng)。這6個開關(guān)管具體包括2種不同狀態(tài)，其中標志0可以對PWM進行輸出，而標志X則為關(guān)斷。由此可以看出，在換相控制字相同時，電機逆時針旋轉(zhuǎn)和順時針旋轉(zhuǎn)所對應(yīng)的相關(guān)開關(guān)管工作狀態(tài)存在差異，即同時導通的2相繞組存在明顯差異，從而明確問題所在。

在改變開關(guān)管運行狀態(tài)時，需要實現(xiàn)霍爾元件的上升沿或下降沿，并對中斷子程序進行觸發(fā)捕捉。但在發(fā)生以下情況后，則需要對電機的轉(zhuǎn)矩方向進行改變，具體包括突加負載、有超調(diào)量以及電機制動。例如，在某點需要對電機轉(zhuǎn)矩方向進行改變時，需要采取HB上升沿或HC下降沿等，并在換相控制字改變后方能得到實現(xiàn)。這使其無法對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩給定的變化及時進行響應(yīng)，進而導致系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)存在滯后現(xiàn)象。特別對于門機控制系統(tǒng)而言，由于其容易遇到各種障礙物，一旦無法對指令系統(tǒng)的命令及時進行響應(yīng)，將會嚴重損壞系統(tǒng)，甚至對人身安全產(chǎn)生威脅。在電機轉(zhuǎn)子處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，由于此時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相對較快，因此霍爾元件邊沿的頻率相對較高，因此不會產(chǎn)生較大影響。但在低速狀態(tài)時則會產(chǎn)生十分嚴重的現(xiàn)象，這也是導致低速時出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動現(xiàn)象的原因。為了對此問題進行解決，在本次研究當中對定時掃描轉(zhuǎn)子位置方法進行了采用，即在定時中斷子程序當中對霍爾元件的換相控制字進行檢測，同時還可以對相應(yīng)換相子程序進行調(diào)用。而換相子程序可以結(jié)合順時針旋轉(zhuǎn)和逆時針旋轉(zhuǎn)，分別對應(yīng)開關(guān)管的相關(guān)運行狀態(tài)，并對給定轉(zhuǎn)矩的變化及時進行響應(yīng)，使電機動態(tài)響應(yīng)速度以及低速時動態(tài)性能得到有效提高，對轉(zhuǎn)矩脈動進行抑制。除此之外，在電機啟動后需要利用3個霍爾傳感器輸出，對向哪兩相通電進行判斷，有效固定供電電流，從而完成第一次速度調(diào)節(jié)。這樣一來，將會導致系統(tǒng)啟動過程中，電流大小無法得到控制，對啟動的快速性產(chǎn)生影響，或者導致超調(diào)量過大，避免電機無法完成自啟動。

3速度曲線的規(guī)劃方法對比

門體運動速度曲線具體可以分為加速、勻速以及減速等不同階段，需要對時間分段的方法進行討論和利用。在本次研究當中，將總門寬設(shè)為1，低速運動和停止寬度應(yīng)該為11。在滿足這些條件后，可以對5個時間點進行求出，分別為t1-t5。根據(jù)5個時間點，可以給出具體的速度指令。門機系統(tǒng)的非同一性和所受阻力具有相應(yīng)的變化，對系統(tǒng)的魯棒性要求較高，具有較寬的參數(shù)范圍和較強的適應(yīng)性。根據(jù)最大加速度可以對電機輸出轉(zhuǎn)矩進行選取，將會導致硬件成本過高，降低了系統(tǒng)穩(wěn)定性。所以，需要限制驅(qū)動器電流，進而導致電機輸出轉(zhuǎn)矩逐漸減小，使得門體加速度與給定值不相符，同時還會導致實際速度曲線與給定速度曲線相符合。這樣一來，無法保證實際門體運行距離能夠滿足給定運行距離要求。在此情況下，需要對位置定位進行采用，在每次將后門關(guān)門閉鎖之后，清零門的位置復位，采用光電編碼器對門運行位置進行確定。

4障礙物檢測方法對比

根據(jù)時間分段方法速度的給定值和實際速度值之間的偏差進行分析，可以發(fā)現(xiàn)在速度上升后，偏差相對較大，而在減速階段偏差則相對較小。對此，可以采用速度偏差方法，對障礙物進行檢測，從而對容差范圍進行合理調(diào)整。在檢測障礙物時，需要對位置偏差進行檢測，可以通過計算對若干位置參考點進行平均分配，從而對門體運動到相關(guān)位置后所花費的時間進行檢測，判斷其是否處于容差范圍內(nèi)。在勻速和減速等狀態(tài)時，速度給定值和實際值的差距相對較小，可以結(jié)合具體試驗，對相應(yīng)的距離誤差補償進行獲取。

結(jié)束語：

綜上所述，本文針對軌道交通門機系統(tǒng)驅(qū)動控制器中存在的問題進行了具體分析，并合理設(shè)計了相關(guān)無刷直流電機驅(qū)動控制器。在經(jīng)過具體的對比和分析后，可通過采取相關(guān)措施，使無刷直流電機的啟動、換向等問題得到有效解決，同時還能夠準確生成門體運動的速度曲線，有效檢測相關(guān)障礙物，使驅(qū)動控制器的功能得到完善，進一步保障門機系統(tǒng)的正常運行。

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