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[導(dǎo)讀]經(jīng)過軌道車輛模擬試驗(yàn)運(yùn)行,自動(dòng)門運(yùn)行速度在0~500 mm/s可調(diào),開門時(shí)間0.1~10 s可調(diào),探測角度大于150°,探測誤差角度、障礙物執(zhí)行死區(qū)時(shí)間誤差率等項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到合同相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)電器、機(jī)械零部件長時(shí)間顛簸、強(qiáng)震動(dòng)、沖擊環(huán)境下整個(gè)系統(tǒng)的可靠性及精度有了保證。

自動(dòng)門系統(tǒng)是城市軌道交通車輛的一個(gè)重要部分,直接關(guān)系著乘客的安全。目前國內(nèi)的動(dòng)車組多數(shù)采用單翼塞拉門,地鐵采用雙翼對(duì)開門。國內(nèi)常用的自動(dòng)門主要是氣動(dòng)門,如單翼氣動(dòng)塞拉門、雙翼氣動(dòng)內(nèi)藏式對(duì)開門,但是電動(dòng)門作為一種新型的自動(dòng)門系統(tǒng),也逐漸被推廣應(yīng)用。

1 電動(dòng)自動(dòng)門工作原理

自動(dòng)門的工作原理為門板由支架支撐在導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌連接到驅(qū)動(dòng)裝置,驅(qū)動(dòng)裝置通過導(dǎo)軌帶動(dòng)門板滑動(dòng)。每個(gè)門都有鎖閉機(jī)構(gòu),在門關(guān)閉到位時(shí),鎖閉機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)械鎖閉。車門具有零速保護(hù)和安全連鎖電路,開關(guān)門有報(bào)警裝置。電動(dòng)門的驅(qū)動(dòng)裝置是一組電機(jī)組件,每節(jié)車有一個(gè)主控制器來控制本節(jié)車的車門。主控制器是自動(dòng)門的指揮中心,通過內(nèi)部指令程序,發(fā)出相應(yīng)指令,指揮電機(jī)或電鎖類系統(tǒng)工作;同時(shí)人們也可通過主控器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù).外部信號(hào)由感應(yīng)探測器完成,當(dāng)有移動(dòng)的物體進(jìn)入他的工作范圍時(shí),他就給主控制器一個(gè)脈沖信號(hào);電機(jī)提供開門與關(guān)門的主動(dòng)力,控制自動(dòng)門門扇加速與減速運(yùn)行。自動(dòng)門門扇完成一次開門與關(guān)門,其工作流程如下:感應(yīng)探測器將探測信號(hào)傳至主控器,主控器判斷后控制電機(jī)運(yùn)行,同時(shí)監(jiān)控電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)及電流,以便控制電機(jī)在一定時(shí)候加力和進(jìn)入慢行運(yùn)行及反轉(zhuǎn)。電機(jī)得到一定運(yùn)行電流后做正向運(yùn)行,將動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使自動(dòng)門扇開啟;自動(dòng)門扇開啟后由控制器作出判斷,控制馬達(dá)作反向運(yùn)動(dòng),關(guān)閉自動(dòng)門扇。

2 控制系統(tǒng)的主控器及執(zhí)行器

自動(dòng)門測控系統(tǒng)的主控制器采用TI DSP,型號(hào)為TMS320C2812,是先進(jìn)的32位定點(diǎn)DSP芯片,他不但運(yùn)行速度高,處理功能強(qiáng)大,并且具有豐富的片內(nèi)外圍設(shè)備,便于接口和模塊化設(shè)計(jì),特別適合于有大批量數(shù)據(jù)處理的測控,利用DSP技術(shù)建立有效的信號(hào)處理模型以抑制干擾噪聲,達(dá)到信噪比最大,對(duì)本系統(tǒng)的直流無刷電機(jī)的測控完全能夠保證其實(shí)時(shí)性。直流無刷電機(jī)采用的是ALC-TEL的BG65PI電機(jī),他具有高效率、省電、低噪音、高轉(zhuǎn)速、高扭力、連續(xù)使用不發(fā)熱等特性,大大超越傳統(tǒng)AC伺服馬達(dá),配合T型齒條同步帶,使門體自低速至高速的運(yùn)行均具有超越的寧靜性,達(dá)到了超靜運(yùn)行。測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為智能化控制,可隨意設(shè)定門扇的運(yùn)行速度,并可設(shè)定任意開度狀態(tài);可自矯正使門扇保持平穩(wěn)動(dòng)作;能夠自動(dòng)檢測門的寬度以保持最佳運(yùn)行狀態(tài);具有防夾功能,即當(dāng)碰到障礙物或人體等異常狀況時(shí),門扇自動(dòng)反轉(zhuǎn)退出,運(yùn)行過程中,由高速至低速平滑過度。

3 控制系統(tǒng)中的傳感器

對(duì)于自動(dòng)門控制系統(tǒng),就是傳感器在接收到外界有人存在時(shí),進(jìn)行開門動(dòng)作,之后再關(guān)門,控制器不但要單獨(dú)控制車門,而且還要進(jìn)行整車通信及其他聯(lián)系,因此能否有效開門及及時(shí)關(guān)門,保持車內(nèi)有效環(huán)境都取決于控制器的設(shè)計(jì)。紅外熱釋電傳感器是以檢測人體所發(fā)出的8~13 μm的紅外線來控制的,由微波器件發(fā)出,經(jīng)人體反射,再由器件檢出并放大,之后控制后續(xù)電路,他的特點(diǎn)是不管人員是否移動(dòng),只要處于感應(yīng)器的掃描范圍內(nèi),他都會(huì)反應(yīng),無法進(jìn)行關(guān)門,這對(duì)保證車箱內(nèi)環(huán)境較小變化不利,因此不適合軌道車輛聯(lián)接的內(nèi)端門,因此在這里我們選用微波感應(yīng)器,又稱微波雷達(dá),他對(duì)物體的移動(dòng)進(jìn)行反應(yīng),他的反應(yīng)速度比紅外感應(yīng)器快,很適合于在軌道客車車門使用,他的特點(diǎn)是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動(dòng),雷達(dá)便不再反應(yīng),自動(dòng)門就會(huì)關(guān)閉,由于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)有防夾功能,可以解決有可能出現(xiàn)的夾人現(xiàn)象。

4 控制系統(tǒng)的控制方法與程序設(shè)計(jì)

4.1 采用的控制方法

控制方法采用直接數(shù)字控制方法,是一種較好的在線實(shí)時(shí)控制,一般對(duì)輸出控制量y(t)和輸入位置量x(t)的PID控制算法為:

其中Kp為比例境益,Ti為積分時(shí)間常數(shù),Td為微分時(shí)間常數(shù)。為減少計(jì)算量,改為用和式及差分計(jì)算,因此當(dāng)采樣周期為T時(shí)有:

在自動(dòng)門開關(guān)閉過程中設(shè)一開關(guān)量信號(hào)做一位置信號(hào)ε,當(dāng)計(jì)算的輸入量位置量x(t)在此位置信號(hào)外時(shí),即x(t)>ε時(shí),輸出控制量y(t)有較快響應(yīng)速度,自動(dòng)門開閉反應(yīng)快速;反之則較慢但有一定精度并實(shí)現(xiàn)一些所預(yù)設(shè)功能如防夾實(shí)現(xiàn)等。其計(jì)算公式為:

式中當(dāng)x(t)>ε時(shí),K1=1;當(dāng)x(t)≤ε時(shí),K1=0。這樣當(dāng)自動(dòng)門開啟及關(guān)閉初始時(shí)可取消積分作用,積分的累積效應(yīng)控制在很小范圍,而且避免了系統(tǒng)振蕩并使精度仍得以保證。

對(duì)于一個(gè)完美的測控系統(tǒng)來說,必須能夠精確地復(fù)制被測信號(hào)的波形,分析計(jì)算后,給出準(zhǔn)確的輸出控制信號(hào),且在時(shí)間上沒有任何的延時(shí)。在實(shí)際的系統(tǒng)中,t時(shí)刻的輸入x(t)與輸出y(t)之間的關(guān)系為:y(t)=Kx(t-t0),式中K,t0都是常量,在本閉環(huán)測控系統(tǒng)中,系統(tǒng)的輸出對(duì)輸入的滯后會(huì)破壞其穩(wěn)定性,因此最大限度保證系統(tǒng)精確或不失真的條件就是t0=0,但實(shí)際反饋控制中t0不可能為0,也就不可避免地出現(xiàn)測量及控制的死區(qū)時(shí)間。所謂死區(qū)時(shí)間可以定義為從“測量傳感器檢測到變量開始改變的瞬時(shí)”到“控制器對(duì)生產(chǎn)過程開始施加正確有效干預(yù)的瞬時(shí)”之間的延遲時(shí)間。在試驗(yàn)過程中,將傳感器安裝至自動(dòng)門中部位置,調(diào)整達(dá)到了探測信號(hào)的最短距離,減少了傳輸延時(shí),在安裝上消除一部分死區(qū)時(shí)間;另外調(diào)整控制器的偏差容錯(cuò)度,即減弱控制器的整定參數(shù),以此來減緩系統(tǒng)的響應(yīng)速度,在不可能消除的情況下,減少死區(qū)時(shí)間。消除誤差的工作中,在保證可靠適用,避免帶來成本提高,在充分試驗(yàn)后選擇前面提到型號(hào)保證了上下元器件的可靠使用。采用電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)電器系統(tǒng),克服信號(hào)干擾問題。

4.2 程序設(shè)計(jì)

軟件采用C28x匯編語言編寫,對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理,隨著DSP的發(fā)展,其主要工作已經(jīng)轉(zhuǎn)向軟件開發(fā),軟件開發(fā)將占據(jù)約80%的工作量,尤其算法已成為DSP核心,另外對(duì)電機(jī)的變速驅(qū)動(dòng),也最終由軟件實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié) 語

經(jīng)過軌道車輛模擬試驗(yàn)運(yùn)行,自動(dòng)門運(yùn)行速度在0~500 mm/s可調(diào),開門時(shí)間0.1~10 s可調(diào),探測角度大于150°,探測誤差角度、障礙物執(zhí)行死區(qū)時(shí)間誤差率等項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到合同相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)電器、機(jī)械零部件長時(shí)間顛簸、強(qiáng)震動(dòng)、沖擊環(huán)境下整個(gè)系統(tǒng)的可靠性及精度有了保證。

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