軌道交通門機系統驅動控制器關鍵問題的研究

彭先勝

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

關鍵詞：軌道交通;門機系統;驅動控制器;關鍵問題

1系統結構功能劃分及控制方法

軌道交通門機系統可以對外部設備的控制命令執行，同時還可以對門體進行控制，使其按照原本設定的運動曲線，實現對門體的制動、啟動以及減速等相關操作目標，與此同時，門機系統還可以利用傳感器裝置對門體運動速度、狀態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送。針對硬件系統進行分析，其具體可以分為控制部分和任務管理部分，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PI以及速度控制等進行采用。在本系統當中，相關控制對象的無數直流電機所具有的反電動勢主要為梯形，而門機系統則采用兩相導通和三相星型狀態的導通方式。而該電機的三相繞組每次運行時，可以同時導通兩相，并關斷另外一相。電機主要采用星型進行連接，其轉子位置則主要對應6種不同的狀態。對于電機轉速而言，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法可以得出相應的速度值，并將其作為相關的反饋信號，對比速度給定值，并將獲得的偏差作為相關電流環的具體給定輸入。與此同時，還需要對該系統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去除，可以對電流幅值進行控制。直流側電流反饋控制，需要對流過直流電源的相關電流信號進行分析，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轉換成相應的數字量，對比給定輸入，使其形成相應的電流偏差。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使用。該系統電流采樣頻率具體保持在4KHZ，并采用離散PI算法合理調節電流和速度。

2無刷直流電機控制方法的改進

軌道交通門機系統可以通過3個霍爾元件，獲取無刷電機轉子位置，而各個霍爾元件可以產生相應脈寬的輸出信號。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還可對雙沿觸發捕捉中的功能進行設置，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，可以根據相關換相信息保證換相的正確性，確保電機正常運轉。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，對轉子位置的6個區間進行對應。這6個開關管具體包括2種不同狀態，其中標志0可以對PWM進行輸出，而標志X則為關斷。由此可以看出，在換相控制字相同時，電機逆時針旋轉和順時針旋轉所對應的相關開關管工作狀態存在差異，即同時導通的2相繞組存在明顯差異，從而明確問題所在。

在改變開關管運行狀態時，需要實現霍爾元件的上升沿或下降沿，并對中斷子程序進行觸發捕捉。但在發生以下情況后，則需要對電機的轉矩方向進行改變，具體包括突加負載、有超調量以及電機制動。例如，在某點需要對電機轉矩方向進行改變時，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。這使其無法對轉子轉矩給定的變化及時進行響應，進而導致系統動態響應存在滯后現象。特別對于門機控制系統而言，由于其容易遇到各種障礙物，一旦無法對指令系統的命令及時進行響應，將會嚴重損壞系統，甚至對人身安全產生威脅。在電機轉子處于高速旋轉狀態時，由于此時轉子的轉速相對較快，因此霍爾元件邊沿的頻率相對較高，因此不會產生較大影響。但在低速狀態時則會產生十分嚴重的現象，這也是導致低速時出現轉矩脈動現象的原因。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，同時還可以對相應換相子程序進行調用。而換相子程序可以結合順時針旋轉和逆時針旋轉，分別對應開關管的相關運行狀態，并對給定轉矩的變化及時進行響應，使電機動態響應速度以及低速時動態性能得到有效提高，對轉矩脈動進行抑制。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節。這樣一來，將會導致系統啟動過程中，電流大小無法得到控制，對啟動的快速性產生影響，或者導致超調量過大，避免電機無法完成自啟動。

3速度曲線的規劃方法對比

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，將總門寬設為1，低速運動和停止寬度應該為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5個時間點，可以給出具體的速度指令。門機系統的非同一性和所受阻力具有相應的變化，對系統的魯棒性要求較高，具有較寬的參數范圍和較強的適應性。根據最大加速度可以對電機輸出轉矩進行選取，將會導致硬件成本過高，降低了系統穩定性。所以，需要限制驅動器電流，進而導致電機輸出轉矩逐漸減小，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，可以發現在速度上升后，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。在勻速和減速等狀態時，速度給定值和實際值的差距相對較小，可以結合具體試驗，對相應的距離誤差補償進行獲取。

結束語：

綜上所述，本文針對軌道交通門機系統驅動控制器中存在的問題進行了具體分析，并合理設計了相關無刷直流電機驅動控制器。在經過具體的對比和分析后，可通過采取相關措施，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，有效檢測相關障礙物，使驅動控制器的功能得到完善，進一步保障門機系統的正常運行。

參考文獻：

[1]付勝華， 郭順利， 陳棟，等. 地鐵屏蔽門門機驅動系統設計[J]. 鐵路計算機應用， 2013（9）：23-25.

[2]張欣，王云寬，范國梁，鄭軍. 軌道交通門機系統驅動控制器關鍵問題的研究[J]. 鐵道學報，2008，30（5）：57-61.

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