無刷永磁直流電動機在地鐵站臺門中的應用探討

龍仲

摘? ? 要：隨著我國經濟的高速發展，對交通的需求量不斷增加，各種地鐵工程越來越多。地鐵站臺門是地鐵站的重要組成部分，其運行質量，直接關系到乘客的安全。為了進一步提高地鐵站臺門的工作效果，可以將無刷永磁直流電動機有效應用其中。為此，我將要在本文中對無刷永磁直流電動機在地鐵站臺門中的應用進行探討，希望對促進我國地鐵交通事業的發展，可以起到有利的作用。

關鍵詞：無刷永磁直流電動機;地鐵站臺門;應用

1? 前言

隨著電子技術、功率元件和高性能永磁技術的不斷發展，無刷直流電動機的技術越來越成熟，其采用電子換向器來取代了傳統的機械換向器，還可以有效保留直流電動機運行效率高、無勵磁損耗、調速性能好的優點，其結構也比較簡單，后期的維護難度較小。由于無刷直流電動機具有這些優點，其非常適合在地鐵站臺門中進行應用。

2? 地鐵站臺門的運動要求

地鐵站臺門被設置在客運站和軌道之間，可以將乘客與軌道安全隔離起來。在列車到來之后，地鐵站臺門可以同步打開和關閉，能夠保證乘客安全上下車。通過臺門的使用，還可以有效節約地鐵站空調的使用量。在地鐵站臺門運行的過程中，其遵循慢、快、慢的速度曲線，緩慢進行啟動，然后快速將門打開，在最后再將門緩慢關閉。

3? 無刷直流電機的控制原理

無刷直流電機采用的是三角形連接，功率元件采用的是兩兩通電的方式。其內部采用了單片機系統進行控制，通過脈寬調制技術對電樞的電壓進行控制，從而實現調速的目的。通過改變脈沖的寬度，來有效改變電樞電壓的有效值，從而達到控制電機轉速的目的。在這個過程中，單片機是通過P4.0口，來輸出pwm波的，通過P1.1口來控制電機的啟停。

在系統工作過程中，其功率元件V1-V6需要受到PWM波的控制。如果P4.0輸出為高電平，其電路當中的V2、V4、V6就會被封死，只有在P4.0口為低電平時候，才可以控制電機正常進行換向。因此，只需要對P4.0口進行控制，就可以對電機的轉速進行控制。

電機的換相操作是依靠位置傳感器來完成的，在該系統中采用的是磁敏式的轉子位置傳感器，從而有效獲得相位相差120度、寬度為180度的方波信號，其采用了3只霍爾元件，在空間布置上，滿足電機極數的要求。

4? 檢測反饋

位置反饋。在實際對位置進行反饋的過程中，采用的是編碼器來提取位置信號的。地鐵站臺門采用的絲杠螺母傳動機構，電機首先通過齒輪傳動的方式來帶動絲杠進行旋轉，絲杠帶動螺母進行前后運動，門是和螺母固定在一起的。編碼器安裝在絲杠的末端，能夠跟隨絲杠一起轉動。編碼器使用的是1000線的增量式編碼器，工作過程中可以輸出兩路差分信號。通過將這些差分信號輸入到單片機專用的QEP編碼控制端口，可以提取出編碼器的各種信息，實現對編碼器的脈沖進行計數，得到絲杠的轉速和轉動方向，這些量在臺門閉環控制中發揮著非常重要的作用。

其電流采用的模糊控制方法，通過控制電機的電流，就可以控制電機的扭矩輸出。在進入到PWM波中斷后，就會啟動單片機的AD采集功能，對電機電樞繞組的電流進行采集，然后得到電流目標值和實際值的誤差Δi。為了盡量較少Δi，啟動用了電流模糊控制對電機電樞繞組實際電流值進行控制。通過PWM中斷系統建立對電機電流控制系統，就可以直接完成對電機電樞繞組電流控制，進而控制電機的運行狀態，在需要改變電機運轉速度時，對目標電流進行控制即可，為了保證對電流的控制精度，對電流采用了模糊控制方法。單片機對采樣電阻的電位進行采樣后，就可以得到電機繞組當前的電流值is，通過和參考電流值求差，得到偏差量Δi，該偏差值被送入到模糊控制器進行模糊推理，經過模糊推理得到模糊控制量，通過對該量進行去模糊化處理，就可以得到PWM波的占空比，進而對H橋電路進行控制，讓電機繞組電流跟隨參考電流進行變化，減少Δi。

電機的實際控制過程中，為了實現對電機運行速度的準確控制，對電機速度采用了PI控制算法。PI調節器在電機控制系統中非常常用，PI調節器的工作原理是通過將給定值和反饋值進行比較得到差值，然后利用該差值來調節受控量，有效減少反饋值和給定值的誤差。PI調節器在模擬系統中的應用規律為：

由于DSP屬于離散運算器，需要采用差分方程的形式，通過離散化處理可以得到：u（k）=Kpe（k）+[u1]（k），這種差分方程的近似性比較好，但每次都需要對e（i）進行累加，計算量比較大。為了降低程序運算量，人們提出了增量式PI算法。第k拍控制量可以寫成u（k）=u（k-1）+[Δu]（k），可以根據當前的偏差和上一拍的控制量和偏差，計算出累加求出前拍控制量u（k），這樣進一步簡化PI算法程序，提高程序的執行效率。

為了實現電機對位置的閉環控制，采用了增量離散PI軟件控制算法。在無刷直流電機的控制過程中，通常采用的是脈沖、方向控制方式，外部脈沖通過單片機的IO引腳進入到芯片內部，通過內部脈沖觸發電路啟動DSP的外部中斷，中斷程序負責對脈沖進行計數，如果此時方向信號為正，則總脈沖信號加一，如果方向信號為負，則總脈沖信號減一。通過脈沖數量和角度值的換算，就可以得到步進電機的位置控制值SL，然后被送入到電機PI位置閉環控制模塊，實現對無刷直流位置閉環控制。

電源失壓保護。電源能否正常供電，對電機驅動器的正常工作有著非常直接的影響，一旦電源不能正常供電，驅動器電路中的各種元器件就不會正常工作，大功率器件可能出現失控的現象，對電路安全造成直接的影響。為此，在電路中增加了外部電壓檢測模塊，通過采樣電阻對外部電壓進行采樣，并啟用單片機的AD采集功能，得到該采樣電阻的電壓值，經過對該電壓值的換算，就可以得到電源電壓，一旦檢測到電源電壓低于標準電壓，就會將功率電路關閉，避免大功率電路出現失控的現象，提高硬件電路的安全性，并會驅動報警燈閃爍，提醒相關人員及時對故障進行處理。

5? 結語

隨著時代的不斷發展，對地鐵站臺門控制提出了更高的要求，我們應該做好對臺門系統的優化和改造工作，使用更加先進的永磁無刷直流電機系統，提高臺門運行動態特性，還能進一步提高系統運行穩定性。

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