一种轨道交通车门无位置传感器电机控制方法及系统与流程

1.本发明涉及一种轨道交通车门无位置传感器电机控制方法及系统，属于轨道交通智能控制技术领域。


背景技术：

2.随着我国城市化进程的加快，城市交通需求剧增，而城市轨道交通车辆作为城市轨道交通的主体，其车门控制方法设备数量多、使用频繁，为了增加车内空间、提高运营可靠性及可维护性，对车门的小型化、轻量化、可靠性、可维护性提出了越来越高的要求。传统的车门控制，系统由车门控制器(简称门控器)和电机本体组成，电机本体包括减速器、电机绕组、编码器，门控器与电机本体之间通过电机线连接，电机线包含电机的三相线、编码器信号线。当一些项目电机线走线较长时，编码器信号易受到磁场干扰、编码器线断线等导致电机控制异常，车门无法正常开门或关门，严重影响列车的运营。


技术实现要素：

3.目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种轨道交通车门无位置传感器电机控制方法及系统。
4.本发明为了解决传统车门控制方法中编码器信号易受到磁场干扰、编码器线断线等导致电机控制异常，车门无法正常开门或关门，严重影响列车的运营，提出一种车门电机无位置传感器控制方法。
5.技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
6.第一方面，提供一种轨道交通车门无位置传感器电机控制方法，包括：
7.获取车门开关信息和列车信号，根据车门开关信息和列车信号命令判断电机是否有正向或反向运转需求；
8.响应于电机有正向或反向运转需求，
9.基于电机给定转速计算得到电机给定电流；
10.基于电机给定转速，判定电机正向或反向运转，确定转子位置切换方向；
11.基于电机给定转速，通过查找电机转速和转子位置切换周期状态机确定转子位置切换周期；
12.根据所述转子位置切换方向和所述转子位置切换周期进行转子位置自动切换和电机换相控制信号；
13.获取电机的实际电流，基于电机给定电流和实际电流通过电流环控制算法得到pid控制信号；
14.根据pid控制信号和电机换相控制信号得到pwm控制信号并输出，实现电机的转动控制。保证电机在无位置传感器检测电路情况下的正常运转。
15.在一些实施例中，根据车门开关信息和列车信号命令判断电机是否有正向或反向运转需求，包括：根据车门开关信息判定车门当前状态，根据列车信号命令判断车门下一步
动作状态为开门、关门或停止，基于车门当前状态和车门下一步动作状态判断电机是否有正向或反向运转需求。
16.所述基于电机给定转速，判定电机正向或反向运转，确定转子位置切换方向，包括：电机转速为正时，电机执行正向运转；电机转速为负时，电机执行反向运转；正向或反向运转时，进行相应转子位置切换。
17.转子位置切换规则包括：
18.正向运转转子位置切换规则
19.转子位置315462电流流向phb
→
cpha
→
cpha
→
bphc
→
bphc
→
aphb
→
a导通管子q3
→
q6q1
→
q6q1
→
q4q5
→
q4q5
→
q2q3
→
q2
20.反向运转转子位置切换规则
21.转子位置264513电流流向pha
→
bpha
→
cphb
→
cphb
→
aphc
→
aphc
→
b导通管子q1
→
q4q1
→
q6q3
→
q6q3
→
q2q5
→
q2q5
→
q4
22.在一些实施例中，所述电机转速和转子位置切换周期状态机，基于理论数据，通过大量实验验证不同转速下转子位置切换规则及转子位置切换周期，切换周期随着转速的变化而变化，最终形成电机转速和转子位置切换周期状态机模型。
23.在一些实施例中，所述电机转速和转子位置切换周期状态机，包括：
24.[0025][0026]
第二方面，提供一种轨道交通车门无位置传感器电机控制装置，包括存储器；以及
[0027]
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如所述的轨道交通车门无位置传感器电机控制方法。
[0028]
第三方面，提供一种轨道交通车门无位置传感器电机控制系统，包括所述的轨道交通车门无位置传感器电机控制装置，还包括：
[0029]
电流采样电路模块，被配置为采集电机的实际电流，并发送给控制装置；
[0030]
电机驱动模块，被配置为接收控制装置输出的pwm控制信号，根据pwm控制信号对电机的转动进行控制。
[0031]
在一些实施例中，所述的轨道交通车门无位置传感器电机控制系统，还包括：
[0032]
车门开关信息采集模块，被配置为采集车门开关信息；以及
[0033]
列车信号采集模块，被配置为接收列车信号命令，并发送给控制装置。
[0034]
在一些实施例中，所述电机为稀土永磁无刷三相直流电机。
[0035]
在一些实施例中，所述的轨道交通车门无位置传感器电机控制系统，还包括：减速器模块，所述减速器模块与电机相连。
[0036]
在一些实施例中，所述减速器模块为行星齿轮减速器、涡轮蜗杆减速器或齿轮减速器。
[0037]
有益效果：本发明提供的一种轨道交通车门无位置传感器电机控制方法，基于理论数据，通过实验验证不同转速电机正向和反向运转时，转子位置切换方向及周期，形成电机转速和转子位置切换周期状态机模型，通过转子位置切换规则及电机转速和转子位置切换周期状态机模型，来实现进行转子位置自动切换和电机换相控制信号，不需要位置传感器。另外，采用无位置传感器，避免位置传感器被干扰导致的电机控制异常，提高了车门的运营可靠性。同时，由于是无位置传感器，减小了板子体积，减小了驱动和控制尺寸；驱动控制部分与电机只需要通过插座连接三根电机线，结构简单，使现场维护更简洁方便，可以应用于电机和控制器一体化集成装置中。
[0038]
车门电机无位置传感器控制方法取消电机位置检测电路，减少门控器和电机的信号接口转换，缩小控制系统的尺寸；采用无位置传感器控制方法解决编码器信号易受干扰、编码器线断线等导致电机工作异常的问题，进一步提高了车门的运营可靠性。
附图说明
[0039]
图1是根据本发明一实施例的轨道交通车门无位置传感器电机控制系统框图；
[0040]
图2是根据本发明一实施例的无位置传感器电机控制原理图方法；
[0041]
图3是根据本发明一实施例的无位置传感器电机控制流程图。
具体实施方式
[0042]
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
[0043]
实施例1
[0044]
一种轨道交通车门无位置传感器电机控制方法，包括：
[0045]
获取车门开关信息和列车信号，根据车门开关信息和列车信号命令判断电机是否有正向或反向运转需求；
[0046]
响应于电机有正向或反向运转需求，
[0047]
基于电机给定转速计算得到电机给定电流；
[0048]
基于电机给定转速，判定电机正向或反向运转，确定转子位置切换方向；
[0049]
基于电机给定转速，通过查找电机转速和转子位置切换周期状态机确定转子位置切换周期；
[0050]
根据所述转子位置切换方向和所述转子位置切换周期进行转子位置自动切换和电机换相控制信号；
[0051]
获取电机的实际电流，基于电机给定电流和实际电流通过电流环控制算法得到pid控制信号；
[0052]
根据pid控制信号和电机换相控制信号得到pwm控制信号并输出，实现电机的转动控制。保证电机在无位置传感器检测电路情况下的正常运转。
[0053]
在一些实施例中，根据车门开关信息和列车信号命令判断电机是否有正向或反向运转需求，包括：根据车门开关信息判定车门当前状态，根据列车信号命令判断车门下一步动作状态为开门、关门或停止，基于车门当前状态和车门下一步动作状态判断电机是否有正向或反向运转需求。
[0054]
转子位置切换规则包括：
[0055]
正向运转转子位置切换规则
[0056]
转子位置315462电流流向phb
→
cpha
→
cpha
→
bphc
→
bphc
→
aphb
→
a导通管子q3
→
q6q1
→
q6q1
→
q4q5
→
q4q5
→
q2q3
→
q2
[0057]
反向运转转子位置切换规则
[0058]
转子位置264513电流流向pha
→
bpha
→
cphb
→
cphb
→
aphc
→
aphc
→
b导通管子q1
→
q4q1
→
q6q3
→
q6q3
→
q2q5
→
q2q5
→
q4
[0059]
在一些实施例中，所述电机转速和转子位置切换周期状态机，基于理论数据，通过大量实验验证不同转速下转子位置切换规则及转子位置切换周期，切换周期随着转速的变化而变化，最终形成电机转速和转子位置切换周期状态机模型。
[0060]
在一些实施例中，所述电机转速和转子位置切换周期状态机，包括：
[0061]
电机转速mm/s5101520253035404550位置信号切换周期ms6030201512108.577.56.676电机转速mm/s556065707580859095100位置信号切换周期ms5.4654.624.2943.753.533.333.163电机转速mm/s105110115120125130135140145150
位置信号切换周期ms2.862.732.612.52.42.312.222.142.072电机转速mm/s155160165170175180185190195200位置信号切换周期ms1.941.861.821.761.711.671.621.581.541.5电机转速mm/s205210215220225230235240245250位置信号切换周期ms1.461.431.41.361.331.31.281.251.221.2电机转速mm/s255260265270275280285290295300位置信号切换周期ms1.181.151.131.111.091.071.051.031.011电机转速mm/s305310315320325330335340345350位置信号切换周期ms0.980.970.950.940.920.910.90.880.870.86电机转速mm/s355360365370375380385390395400位置信号切换周期ms0.850.830.820.810.80.790.780.770.760.75
[0062]
实施例2
[0063]
一种轨道交通车门无位置传感器电机控制装置，包括存储器；以及
[0064]
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如实施例1所述的轨道交通车门无位置传感器电机控制方法。
[0065]
实施例3
[0066]
一种轨道交通车门无位置传感器电机控制系统，包括实施例2所述的轨道交通车门无位置传感器电机控制装置，还包括：
[0067]
电流采样模块，被配置为采集电机的实际电流，并发送给控制装置；
[0068]
电机驱动模块，被配置为接收控制装置输出的pwm控制信号，根据pwm控制信号对电机的转动进行控制。
[0069]
在一些实施例中，所述控制装置包括：
[0070]
emi电路，被配置为对列车输入电源进行滤波，并将滤波后电源提供给dc-dc电路和电机驱动模块使用；
[0071]
dc-dc电路将电源转化为cpu及控制系统所需要控制电源，供cpu和控制系统使用；
[0072]
cpu接收列车信号、车门开关信号、电流采样信号，并发送pwm信号控制电机驱控模块。
[0073]
在一些实施例中，所述的轨道交通车门无位置传感器电机控制系统，还包括：
[0074]
车门开关信息采集模块，被配置为采集车门开关信息；以及
[0075]
列车信号采集模块，被配置为接收列车信号命令，并发送给控制装置。
[0076]
在一些实施例中，所述的轨道交通车门无位置传感器电机控制系统，还包括：减速器模块，所述减速器模块与电机相连。
[0077]
在一些实施例中，所述电机为稀土永磁无刷三相直流电机。
[0078]
在一些实施例中，所述减速器模块为行星齿轮减速器、涡轮蜗杆减速器或齿轮减速器。
[0079]
在一些具体实施例中，如图1所示，一种轨道交通车门无位置传感器电机控制系统，包含控制及驱动模块、电机模块和减速器模块，控制和驱动模块包括emi电路、dc-dc电路、cpu、列车信号和车门开关信息采集模块、电机驱动模块、电流采样模块，电机模块为无位置传感器的无刷三相直流电机，减速器模块为行星齿轮减速器、涡轮蜗杆减速器或齿轮减速器。
[0080]
控制及驱动模块、主要负责电源滤波、dc-dc转换、输入输出控制、电机控制等工作，控制及驱动模块根据列车信号和车门开关信号驱动电机模块，实现车门开关门控制功能。
[0081]
所述控制及驱动模块，外部电源输入经过emi电路滤波后，输入dc-dc电路得到cpu所需要的电压，供cpu及整个控制系统使用，同时，输入电机驱动电路，作为电机母线电源，给电机提供电源动力；列车信号及车门开关信号通过采集模块输入到cpu，cpu根据车门开关信息判定车门当前状态，并根据列车信号命令判断车门下一步动作状态应该是开门、关门或停止。
[0082]
所述控制及驱动模块无位置传感器检测电路，提出了一种基于状态机的转子位置自切换方法，该方法首先通过理论计算电机转速和电流的关系，其次推导出不同转速下转子位置信号的切换规则及周期；然后基于理论数据，通过大量实验验证不同转速下转子位置信号切换规则及周期；最后形成电机转速和转子位置切换周期状态机模型。
[0083]
如图2、图3所示，根据电机给定转速确认转子位置切换周期和切换方向,再通过电流环pid算法和电机换相控制输出pwm信号，实现电机的转动控制。当cpu根据车门位置和列车信号命令需要控制电机正向或反向运转时，cpu根据电机给定转速计算出给定电流，并根据转子位置切换规则设置切换方向，随后通过查找状态机的方法设置转子位置的切换周期，并进行转子位置自动切换和电机换相控制，最后通过电流环控制算法实现电机的转动控制，保证电机在无位置传感器检测电路情况下的正常运转。
[0084]
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0085]
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0086]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0087]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0088]
至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术
方案。
[0089]
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。