CN106351533A

CN106351533A - 一种自动旋转门控制***

Info

Publication number: CN106351533A
Application number: CN201510430322.4A
Authority: CN
Inventors: 唐晓辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2017-01-25

Abstract

本发明公开了一种自动旋转门控制***，该控制***采用位置、速度和电流的三闭环控制结构，包括输入模块、门扇位置闭环和速度控制、速度调节器、第一电流调节器、第二电流调节器、逆变换模块、空间矢量脉宽调制器、电机驱动模块、电流采样模块、信号变换模块、电机、电机磁极位置和速度计算模块；其控制流程为：首先，给采用位置、速度、电流三闭环控制一个给定信号；其次，三闭环控制的输出端信号经过空间矢量脉宽调制模块和逆变器模块形成驱动电机的三相交流信号驱动电机；最后通过采样模块来采集电机端电压和相电流经过信号变换模块处理作为三闭环控制的反馈信号。本发明节能环保，噪声低、运行可靠、具有智能防夹功能，易于安装调试。

Description

一种自动旋转门控制***

技术领域

本发明涉及一种自动门技术设备领域，特别涉及一种自动旋转门控制***。

背景技术

随着社会经济的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，自动旋转门越来越多地应用在企业和公共场所。随着旋转门应用领域的扩大，市场对自动旋转门的需求上升，导致对旋转门控制***可控性，安全性提出了新的要求。为了响应国家科学发展观的号召，节能环保也成为重中之重。

市面上旋转门控制***多采用交流异步电动机控制***。在技术上存在以下不足：1.交流异步电动机一般采用变频控制，低速性能差，功率因素低，不利于节能减耗。2.交流异步电动机控制***采用变频器+PLC结构，控制***复杂，成本高，且因为采用电机驱动和门控分离方式，无法控制电机输出力矩大小，因此为了防止门扇夹伤人，需安装众多的传感装置，从而导致***复杂，可靠性降低。3.在门体运行时，产生噪音振动较大、抗干扰性能差，不利于环保。4.异步电机的旋转门的控制***不适合搭配其它类型的电机，导致旋转门电机选择性受限。

发明内容

为解决上述技术问题，克服背景技术存在的不足，本发明提供了一种性能好、可靠性高的自动旋转门的控制***，其结构简单，易于安装调试，具有节能，环保，低噪声，低速大转矩等优点。

为达到上述技术目的，本发明采用的技术方案为：

一种自动旋转门控制***，该控制***采用位置、速度和电流的三闭环控制结构，包括输入模块、门扇位置闭环和速度控制、速度调节器、第一电流调节器、第二电流调节器、逆变换模块、空间矢量脉宽调制器、电机驱动模块、电流采样模块、信号变换模块、电机、电机磁极位置和速度计算模块；所述的电机为永磁同步电机，其控制流程为：首先，给采用位置、速度、电流三闭环控制一个给定信号；其次，三闭环控制的输出端信号经过空间矢量脉宽调制模块和逆变器模块形成驱动电机的三相交流信号驱动电机；最后通过采样模块来采集电机端电压和相电流经过信号变换模块处理作为三闭环控制的反馈信号。

进一步地，所述的速度调节器为一比例积分控制器。

进一步地，所述的第一电流调节器为一比例积分控制器。

进一步地，所述的第二电流调节器为一比例积分控制器。

进一步地，所述的空间矢量脉宽调制器的输出端为一六相输出端，所述的电机驱动模块的输入端为一六相输入端，电机驱动模块的输入端与空间矢量脉宽调制器的输出端电连接。

进一步地，所述的电机驱动模块的输出端为一三相输出端，电机驱动模块的输出端与电机的输入端电连接。

进一步地，所述的逆变换模块为Clark和Park逆变换模块，所述的第一电流调节器和第二电流调节器的输出信号经过Clark和Park逆变换作为空间矢量脉宽调制器输入信号。

进一步地，所述的信号变换模块为Clark和Park变换模块，信号变换模块的输入端与电流采样模块的输出端电连接，所述的电流采样模块的输入端与电机驱动模块的输出端电连接，实现对电机驱动模块输出端的电流电压采样，为电流、速度、位置反馈端提供反馈信号。

进一步地，所述的输入模块为RS232、控制器局部网或可编程I/O输入。

进一步地，所述的电机上安装有磁感应编码器，磁感应编码器的输出端与电机磁极位置和速度计算模块的输入端电连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

采用交流永磁同步电机驱动自动旋转门，优化了结构，减少损耗，节能环保，噪声低；传送效率高，免去了减速装置的安装；通过电流闭环控制，可以精确控制电动机输出力矩大小，防止力矩太大出现门体夹伤人或动物的事件，不需要安装限位开关，其运行可靠性高、具有智能防夹功能，安全系数高；采用永磁同步电机+编码器+控制器结构，无需额外的减速机构，达到了精简***结构的目的，具有性能突出、抗污性强、结构简单、噪声小、可靠性高、易于安装调试的优点。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构框图。

图2为本发明实施例二的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明：

实施例一：

一种自动旋转门控制***，其结构框图如图1所示，本发明的控制***通过输入模块3给定转速值，电机磁极位置和速度计算模块2分别提供位置反馈信号给门扇位置闭环及速度控制4的反馈端42、提供速度反馈信号给第一节点13的反馈端132，电流采样模块11的采样信号值经过Park和Clark变换模块12变换后给第三节点15和第二节点14的反馈端152和142。门扇位置闭环及速度控制4根据输入模块3的输入状态输出速度给定值至输出端43，速度给定值和反馈值作差值送入速度调节器5,速度调节器5对输入的数据进行运算，得出q轴力矩电流分量，并将其由第二节点14的输入端141送入到第二节点14中。电机q轴电流分量与反馈端142输入的q轴力矩电流分量进行比较作差，实现电流负反馈，求出电流负反馈的反馈值，并将该值送入第一电流调节器6中，第一电流调节器6对输入的数据进行运算，得出q轴矢量信号Vq。第二电流调节器7采用直轴电枢电流为零(Id＝0)的控制方式，同第一电流调节器6原理一样，经过运算得出d轴矢量信号Vd。Vd和Vq经过Clark和Park逆变换模块8逆变换后的信号值送入到空间矢量脉宽调制器9的输入端91、92，经SVPWM运算后由空间矢量脉宽调制器9输出端输出脉冲信号并将其送入电机驱动模块10中，电机驱动模块10通过输入的脉冲信号对电机1进行控制，这样就实现了对电机1的电流闭环控制。

其中，电机1为低速交流永磁同步电机，具有结构简单、运行可靠、输出转矩大、控制精确等优点，实现对旋转门更精确、稳定的控制，节能。

其中，电机驱动模块10的输出端为一三相输出端，电机驱动模块10输出三相交流电给电机1的转子，三相电流具有对称性，因此，电流采样模块11与三相输出端中的任意两相连接，对两相电流采样，电流采样模块11采集其中任意两相的电流并转换为电流信号分别送入Clark和Park变换模块12中。电机1的速度和位置信息可由装在电机1转子上的光电编码器提供，电机磁极位置和速度计算模块2将从电机1的信号输出端输入的信号进行计算得出电机1的磁极位置和转速。

其中，空间矢量脉宽调制器9的输出端为一六相输出端，电机驱动模块10的输入端为一六相输入端。空间矢量脉宽调制器9将经过SVPWM运算后得到的U、V、W、X、Y、Z三组六个脉宽信号输入到电机驱动模块10，由电机驱动模块10输出为电机1的三相交流电。

其中，输入模块3可以为RS232、控制器局部网或可编程I/O输入，RS232、控制器局部网或可编程I/O输入的输入端可以与计算机连接，通过计算机及相关软件实现对电机运行状态的控制。

其中，电流闭环控制可以精确控制电动机输出力矩大小，防止力矩太大出现门体夹伤人或动物的事件，不需要安装限位开关，其运行可靠性高并具有智能防夹功能，给用户的安全系数提高，还能较好的克服电网电压波动的影响，而速度环能抑制被它包围的各个环节扰动的影响，并最后消除转速偏差，位置环使得定位精准。

实施例二：

一种自动旋转门控制***，其结构框图如图2所示，与实施例一的不同之处在于，本发明的控制***的电机1的输出端包括一安装在电机1上的磁感应编码器16，磁感应编码器16的输出端与电机1的转子同心，磁感应编码器16的输出端与电机磁极位置和速度计算模块2的输入端21连接，与磁感应编码器16连接的感应磁钢安装在电机1的转轴上，通过电机1的转子的运转，感应磁钢相对于磁感应编码器16以与电机1的转子相同的圆心旋转，其中，磁感应编码器16通过安装在电机1的转轴上的感应磁钢对电机1的运行状态进行测量并将其输入到电机磁极位置和速度计算模块2中。

本发明在永磁同步电机正常运转时转子不产生铝损耗和涡流损耗降低了电机的能量损失，转子上无励磁损耗，无电刷和滑环之间的磨擦损耗和接触电损耗，机械损耗比异步电机低。永磁同步电机在较高的运行范围内都能保证非常高的功率因数，节能效果显著，高功率因数使得定子电流较小，定子绕组电阻损耗较小，效率高，用电省，启动转矩高，转速恒定，精度高，不丢转。结构简单，温升低，耐磨性好，使用寿命长。由于采用空间矢量脉宽调制的SVPWM算法，使交流电动机产生圆形磁场，使电机的实际磁链尽可能逼近理想磁链圆，产生SVPWM正弦脉冲调制波形，达到动态性的稳定控制。定子电流为正弦波驱动，电流脉动小，运行时噪声较小，而且低速运行时性能较好。电机驱动和门控一体化结构加上磁编码器进行分段位置精确定位，运用位置闭环、速度闭环、电流闭环三闭环空间矢量PWM控制原理，通过电流闭环控制，可以精确控制电动机输出力矩大小，防止力矩太大出现门体夹伤人或动物的事件，不需要安装安全传感装置，其运行可靠性高、定位精准并具有智能防夹功能，安全系数提高。采用低速永磁同步电机+编码器+控制器的结构，无需安装任何限位开关，在传动上采用直轴连接方式，采用低速电机，无需额外的减速机构，具有性能突出、抗污性强、结构简单、噪声小、可靠性高、易于安装调试。

需要强调的是，上述实施实例虽然对本发明作了比较详细的说明，但是这些说明只是对本发明说明性的，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神内的发明创造，均落在本发明全力保障范围之内。

Claims

1.一种自动旋转门控制***，其特征在于，该控制***采用位置、速度和电流的三闭环控制结构，包括输入模块、门扇位置闭环和速度控制、速度调节器、第一电流调节器、第二电流调节器、逆变换模块、空间矢量脉宽调制器、电机驱动模块、电流采样模块、信号变换模块、电机、电机磁极位置和速度计算模块；所述的电机为交流永磁同步电机，其控制流程为：首先，给采用位置、速度、电流三闭环控制一个给定信号；其次，三闭环控制的输出端信号经过空间矢量脉宽调制模块和逆变器模块形成驱动电机的三相交流信号驱动电机；最后通过采样模块来采集电机端电压和相电流经过信号变换模块处理作为三闭环控制的反馈信号。

2.如权利要求1所述的自动旋转门控制***，其特征在于，所述的速度调节器为一比例积分控制器。

3.如权利要求1所述的自动旋转门控制***，其特征在于，所述的第一电流调节器为一比例积分控制器。

4.如权利要求1所述的自动旋转门控制***，其特征在于，所述的第二电流调节器为一比例积分控制器。

5.如权利要求1所述的自动旋转门控制***，其特征在于，所述的空间矢量脉宽调制器的输出端为一六相输出端，所述的电机驱动模块的输入端为一六相输入端，电机驱动模块的输入端与空间矢量脉宽调制器的输出端电连接。

6.如权利要求1所述的自动旋转门控制***，其特征在于，所述的电机驱动模块的输出端为一三相输出端，电机驱动模块的输出端与电机的输入端电连接。

7.如权利要求1所述的自动旋转门控制***，其特征在于，所述的逆变换模块为Clark和Park逆变换模块，所述的第一电流调节器和第二电流调节器的输出信号经过Clark和Park逆变换作为空间矢量脉宽调制器输入信号。

8.如权利要求1所述的自动旋转门控制***，其特征在于，所述的信号变换模块为Clark和Park变换模块，信号变换模块的输入端与电流采样模块的输出端电连接，所述的电流采样模块的输入端与电机驱动模块的输出端电连接，实现对电机驱动模块输出端的电流电压采样，为电流、速度、位置反馈端提供反馈信号。

9.如权利要求1所述的自动旋转门控制***，其特征在于，所述的输入模块为RS232、控制器局部网或可编程I/O输入。

10.如权利要求1所述的自动旋转门控制***，其特征在于，所述的电机上安装有磁感应编码器，磁感应编码器的输出端与电机磁极位置和速度计算模块的输入端电连接。