轨道车辆电动自动门控制系统开发

2012-03-19 15:37:06来源: 互联网

轨道车辆电动自动门控制系统开发

自动门系统是城市轨道交通车辆的一个重要部分,直接关系着乘客的安全。目前国内的动车组多数采用单翼塞拉门,地铁采用双翼对开门。国内常用的自动门主要是气动门,如单翼气动塞拉门、双翼气动内藏式对开门,但是电动门作为一种新型的自动门系统,也逐渐被推广应用。 

  1 电动自动门工作原理

  自动门的工作原理为门板由支架支撑在导轨上,导轨连接到驱动装置,驱动装置通过导轨带动门板滑动。每个门都有锁闭机构,在门关闭到位时,锁闭机构实现机械锁闭。车门具有零速保护和安全连锁电路,开关门有报警装置。电动门的驱动装置是一组电机组件,每节车有一个主控制器来控制本节车的车门。主控制器是自动门的指挥中心,通过内部指令程序,发出相应指令,指挥电机或电锁类系统工作;同时人们也可通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数.外部信号由感应探测器完成,当有移动的物体进入他的工作范围时,他就给主控制器一个脉冲信号;电机提供开门与关门的主动力,控制自动门门扇加速与减速运行。自动门门扇完成一次开门与关门,其工作流程如下:感应探测器将探测信号传至主控器,主控器判断后控制电机运行,同时监控电机转数及电流,以便控制电机在一定时候加力和进入慢行运行及反转。电机得到一定运行电流后做正向运行,将动力经传动机构使自动门扇开启;自动门扇开启后由控制器作出判断,控制马达作反向运动,关闭自动门扇。

  2 控制系统的主控器及执行器

  自动门测控系统的主控制器采用TI DSP,型号为TMS320C2812,是先进的32位定点DSP芯片,他不但运行速度高,处理功能强大,并且具有丰富的片内外围设备,便于接口和模块化设计,特别适合于有大批量数据处理的测控,利用DSP技术建立有效的信号处理模型以抑制干扰噪声,达到信噪比最大,对本系统的直流无刷电机的测控完全能够保证其实时性。直流无刷电机采用的是ALC-TEL的BG65PI电机,他具有高效率、省电、低噪音、高转速、高扭力、连续使用不发热等特性,大大超越传统AC伺服马达,配合T型齿条同步带,使门体自低速至高速的运行均具有超越的宁静性,达到了超静运行。测控系统设计为智能化控制,可随意设定门扇的运行速度,并可设定任意开度状态;可自矫正使门扇保持平稳动作;能够自动检测门的宽度以保持最佳运行状态;具有防夹功能,即当碰到障碍物或人体等异常状况时,门扇自动反转退出,运行过程中,由高速至低速平滑过度。

  3 控制系统中的传感器

  对于自动门控制系统,就是传感器在接收到外界有人存在时,进行开门动作,之后再关门,控制器不但要单独控制车门,而且还要进行整车通信及其他联系,因此能否有效开门及及时关门,保持车内有效环境都取决于控制器的设计。红外热释电传感器是以检测人体所发出的8~13 μm的红外线来控制的,由微波器件发出,经人体反射,再由器件检出并放大,之后控制后续电路,他的特点是不管人员是否移动,只要处于感应器的扫描范围内,他都会反应,无法进行关门,这对保证车箱内环境较小变化不利,因此不适合轨道车辆联接的内端门,因此在这里我们选用微波感应器,又称微波雷达,他对物体的移动进行反应,他的反应速度比红外感应器快,很适合于在轨道客车车门使用,他的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动,雷达便不再反应,自动门就会关闭,由于本设计系统有防夹功能,可以解决有可能出现的夹人现象。

4 控制系统的控制方法与程序设计

  4.1 采用的控制方法

  控制方法采用直接数字控制方法,是一种较好的在线实时控制,一般对输出控制量y(t)和输入位置量x(t)的PID控制算法为:

 

  其中Kp为比例境益,Ti为积分时间常数,Td为微分时间常数。为减少计算量,改为用和式及差分计算,因此当采样周期为T时有:

  在自动门开关闭过程中设一开关量信号做一位置信号ε,当计算的输入量位置量x(t)在此位置信号外时,即x(t)>ε时,输出控制量y(t)有较快响应速度,自动门开闭反应快速;反之则较慢但有一定精度并实现一些所预设功能如防夹实现等。其计算公式为:

  式中当x(t)>ε时,K1=1;当x(t)≤ε时,K1=0。这样当自动门开启及关闭初始时可取消积分作用,积分的累积效应控制在很小范围,而且避免了系统振荡并使精度仍得以保证。

  对于一个完美的测控系统来说,必须能够精确地复制被测信号的波形,分析计算后,给出准确的输出控制信号,且在时间上没有任何的延时。在实际的系统中,t时刻的输入x(t)与输出y(t)之间的关系为:y(t)=Kx(t-t0),式中K,t0都是常量,在本闭环测控系统中,系统的输出对输入的滞后会破坏其稳定性,因此最大限度保证系统精确或不失真的条件就是t0=0,但实际反馈控制中t0不可能为0,也就不可避免地出现测量及控制的死区时间。所谓死区时间可以定义为从“测量传感器检测到变量开始改变的瞬时”到“控制器对生产过程开始施加正确有效干预的瞬时”之间的延迟时间。在试验过程中,将传感器安装至自动门中部位置,调整达到了探测信号的最短距离,减少了传输延时,在安装上消除一部分死区时间;另外调整控制器的偏差容错度,即减弱控制器的整定参数,以此来减缓系统的响应速度,在不可能消除的情况下,减少死区时间。消除误差的工作中,在保证可靠适用,避免带来成本提高,在充分试验后选择前面提到型号保证了上下元器件的可靠使用。采用电磁兼容性(EMC)设计电器系统,克服信号干扰问题。

  4.2 程序设计

  软件采用C28x汇编语言编写,对信号实现实时处理,随着DSP的发展,其主要工作已经转向软件开发,软件开发将占据约80%的工作量,尤其算法已成为DSP核心,另外对电机的变速驱动,也最终由软件实现。

  5 结 语

  经过轨道车辆模拟试验运行,自动门运行速度在0~500 mm/s可调,开门时间0.1~10 s可调,探测角度大于150°,探测误差角度、障碍物执行死区时间误差率等项技术指标达到合同相关标准。对电器、机械零部件长时间颠簸、强震动、冲击环境下整个系统的可靠性及精度有了保证。

关键字:轨道车辆  电动  自动门  控制系统

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0319/article_15284.html
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