軌道車(chē)輛電動(dòng)自動(dòng)門(mén)控制系統開(kāi)發(fā)

　　自動(dòng)門(mén)系統是城市軌道交通車(chē)輛的一個(gè)重要部分，直接關(guān)系著(zhù)乘客的安全。目前國內的動(dòng)車(chē)組多數采用單翼塞拉門(mén)，地鐵采用雙翼對開(kāi)門(mén)。國內常用的自動(dòng)門(mén)主要是氣動(dòng)門(mén)，如單翼氣動(dòng)塞拉門(mén)、雙翼氣動(dòng)內藏式對開(kāi)門(mén)，但是電動(dòng)門(mén)作為一種新型的自動(dòng)門(mén)系統，也逐漸被推廣應用。 

　　1 電動(dòng)自動(dòng)門(mén)工作原理

　　自動(dòng)門(mén)的工作原理為門(mén)板由支架支撐在導軌上，導軌連接到驅動(dòng)裝置，驅動(dòng)裝置通過(guò)導軌帶動(dòng)門(mén)板滑動(dòng)。每個(gè)門(mén)都有鎖閉機構，在門(mén)關(guān)閉到位時(shí)，鎖閉機構實(shí)現機械鎖閉。車(chē)門(mén)具有零速保護和安全連鎖電路，開(kāi)關(guān)門(mén)有報警裝置。電動(dòng)門(mén)的驅動(dòng)裝置是一組電機組件，每節車(chē)有一個(gè)主控制器來(lái)控制本節車(chē)的車(chē)門(mén)。主控制器是自動(dòng)門(mén)的指揮中心，通過(guò)內部指令程序，發(fā)出相應指令，指揮電機或電鎖類(lèi)系統工作；同時(shí)人們也可通過(guò)主控器調節門(mén)扇開(kāi)啟速度、開(kāi)啟幅度等參數．外部信號由感應探測器完成，當有移動(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；電機提供開(kāi)門(mén)與關(guān)門(mén)的主動(dòng)力，控制自動(dòng)門(mén)門(mén)扇加速與減速運行。自動(dòng)門(mén)門(mén)扇完成一次開(kāi)門(mén)與關(guān)門(mén)，其工作流程如下：感應探測器將探測信號傳至主控器，主控器判斷后控制電機運行，同時(shí)監控電機轉數及電流，以便控制電機在一定時(shí)候加力和進(jìn)入慢行運行及反轉。電機得到一定運行電流后做正向運行，將動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)機構使自動(dòng)門(mén)扇開(kāi)啟；自動(dòng)門(mén)扇開(kāi)啟后由控制器作出判斷，控制馬達作反向運動(dòng)，關(guān)閉自動(dòng)門(mén)扇。

　　2 控制系統的主控器及執行器

　　自動(dòng)門(mén)測控系統的主控制器采用TI DSP，型號為T(mén)MS320C2812，是先進(jìn)的32位定點(diǎn)DSP芯片，他不但運行速度高，處理功能強大，并且具有豐富的片內外圍設備，便于接口和模塊化設計，特別適合于有大批量數據處理的測控，利用DSP技術(shù)建立有效的信號處理模型以抑制干擾噪聲，達到信噪比最大，對本系統的直流無(wú)刷電機的測控完全能夠保證其實(shí)時(shí)性。直流無(wú)刷電機采用的是ALC-TEL的BG65PI電機，他具有高效率、省電、低噪音、高轉速、高扭力、連續使用不發(fā)熱等特性，大大超越傳統AC伺服馬達，配合T型齒條同步帶，使門(mén)體自低速至高速的運行均具有超越的寧靜性，達到了超靜運行。測控系統設計為智能化控制，可隨意設定門(mén)扇的運行速度，并可設定任意開(kāi)度狀態(tài)；可自矯正使門(mén)扇保持平穩動(dòng)作；能夠自動(dòng)檢測門(mén)的寬度以保持最佳運行狀態(tài)；具有防夾功能，即當碰到障礙物或人體等異常狀況時(shí)，門(mén)扇自動(dòng)反轉退出，運行過(guò)程中，由高速至低速平滑過(guò)度。

　　3 控制系統中的傳感器

　　對于自動(dòng)門(mén)控制系統，就是傳感器在接收到外界有人存在時(shí)，進(jìn)行開(kāi)門(mén)動(dòng)作，之后再關(guān)門(mén)，控制器不但要單獨控制車(chē)門(mén)，而且還要進(jìn)行整車(chē)通信及其他聯(lián)系，因此能否有效開(kāi)門(mén)及及時(shí)關(guān)門(mén)，保持車(chē)內有效環(huán)境都取決于控制器的設計。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(xiàn)來(lái)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，之后控制后續電路，他的特點(diǎn)是不管人員是否移動(dòng)，只要處于感應器的掃描范圍內，他都會(huì )反應，無(wú)法進(jìn)行關(guān)門(mén)，這對保證車(chē)箱內環(huán)境較小變化不利，因此不適合軌道車(chē)輛聯(lián)接的內端門(mén)，因此在這里我們選用微波感應器，又稱(chēng)微波雷達，他對物體的移動(dòng)進(jìn)行反應，他的反應速度比紅外感應器快，很適合于在軌道客車(chē)車(chē)門(mén)使用，他的特點(diǎn)是一旦在門(mén)附近的人員不想出門(mén)而靜止不動(dòng)，雷達便不再反應，自動(dòng)門(mén)就會(huì )關(guān)閉，由于本設計系統有防夾功能，可以解決有可能出現的夾人現象。

　　4 控制系統的控制方法與程序設計

　　4.1 采用的控制方法

　　控制方法采用直接數字控制方法，是一種較好的在線(xiàn)實(shí)時(shí)控制，一般對輸出控制量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，Td為微分時(shí)間常數。為減少計算量，改為用和式及差分計算，因此當采樣周期為T(mén)時(shí)有：

　　在自動(dòng)門(mén)開(kāi)關(guān)閉過(guò)程中設一開(kāi)關(guān)量信號做一位置信號ε，當計算的輸入量位置量x(t)在此位置信號外時(shí)，即x(t)>ε時(shí)，輸出控制量y(t)有較快響應速度，自動(dòng)門(mén)開(kāi)閉反應快速；反之則較慢但有一定精度并實(shí)現一些所預設功能如防夾實(shí)現等。其計算公式為：

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

　　對于一個(gè)完美的測控系統來(lái)說(shuō)，必須能夠精確地復制被測信號的波形，分析計算后，給出準確的輸出控制信號，且在時(shí)間上沒(méi)有任何的延時(shí)。在實(shí)際的系統中，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)測控系統中，系統的輸出對輸入的滯后會(huì )破壞其穩定性，因此最大限度保證系統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測量及控制的死區時(shí)間。所謂死區時(shí)間可以定義為從“測量傳感器檢測到變量開(kāi)始改變的瞬時(shí)”到“控制器對生產(chǎn)過(guò)程開(kāi)始施加正確有效干預的瞬時(shí)”之間的延遲時(shí)間。在試驗過(guò)程中，將傳感器安裝至自動(dòng)門(mén)中部位置，調整達到了探測信號的最短距離，減少了傳輸延時(shí)，在安裝上消除一部分死區時(shí)間；另外調整控制器的偏差容錯度，即減弱控制器的整定參數，以此來(lái)減緩系統的響應速度，在不可能消除的情況下，減少死區時(shí)間。消除誤差的工作中，在保證可靠適用，避免帶來(lái)成本提高，在充分試驗后選擇前面提到型號保證了上下元器件的可靠使用。采用電磁兼容性(EMC)設計電器系統，克服信號干擾問(wèn)題。

　　4.2 程序設計

　　軟件采用C28x匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，對信號實(shí)現實(shí)時(shí)處理，隨著(zhù)DSP的發(fā)展，其主要工作已經(jīng)轉向軟件開(kāi)發(fā)，軟件開(kāi)發(fā)將占據約80％的工作量，尤其算法已成為DSP核心，另外對電機的變速驅動(dòng)，也最終由軟件實(shí)現。

　　5 結 語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)軌道車(chē)輛模擬試驗運行，自動(dòng)門(mén)運行速度在0～500 mm／s可調，開(kāi)門(mén)時(shí)間0.1～10 s可調，探測角度大于150°，探測誤差角度、障礙物執行死區時(shí)間誤差率等項技術(shù)指標達到合同相關(guān)標準。對電器、機械零部件長(cháng)時(shí)間顛簸、強震動(dòng)、沖擊環(huán)境下整個(gè)系統的可靠性及精度有了保證。