快速門的交流永磁同步伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于快速門的機(jī)電控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快速門的交流永磁同 步伺服電機(jī)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有快速門（或快卷門）的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)一般采用可編程邏輯控制器PLC、通用 變頻器和三相交流異步電機(jī)組成；系統(tǒng)由可編程邏輯控制器PLC接收外部控制和反饋信 號(hào)，通過(guò)計(jì)算后控制變頻器驅(qū)動(dòng)三相交流異步電機(jī)帶動(dòng)卷軸運(yùn)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)方式，速度響應(yīng) 慢、速度變化不平滑、調(diào)速范圍小、系統(tǒng)組成復(fù)雜。速度響應(yīng)慢造成快速門的開啟、關(guān)閉響應(yīng) 慢；速度變化不平滑造成快速門開啟關(guān)閉時(shí)對(duì)整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的沖擊比較大，降低使用 壽命；調(diào)速范圍小造成快速門的運(yùn)行速度不夠快，影響使用者的使用效率；系統(tǒng)組成復(fù)雜， 有多個(gè)單獨(dú)部件拼湊而成，容易受到外部干擾，造成整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種快速門運(yùn)行平穩(wěn)，對(duì)電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)沖擊感 小，遇障礙物停機(jī)或反轉(zhuǎn)迅速的快速門的交流永磁同步伺服電機(jī)控制系統(tǒng)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的快速門的交流永磁同步伺服電機(jī)控制系統(tǒng)， 包括開關(guān)電源模塊、電機(jī)位置檢測(cè)模塊、電機(jī)電流檢測(cè)模塊、控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋、交 流永磁同步電機(jī)、減速機(jī)、卷軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述開關(guān)電源模塊的輸入端連接有電源，所述開 關(guān)電源模塊的輸出端連接控制模塊的供電輸入端和電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋的供電輸入端，所述控 制模塊的信號(hào)輸出端連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋的信號(hào)輸入端，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋的輸出端連 接交流永磁同步電機(jī)的輸入端，所述交流永磁同步電機(jī)輸出端連接減速機(jī)的輸入端，所述 減速機(jī)的輸出端連接卷軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋的電機(jī)相電流信號(hào)輸出 端連接電機(jī)電流檢測(cè)模塊的輸入端，所述電機(jī)電流檢測(cè)模塊的輸出端連接控制模塊的輸入 端；所述交流永磁同步電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)輸出端連接電機(jī)位置檢測(cè)模塊的輸入端， 所述電機(jī)位置檢測(cè)模塊的輸出端連接控制模塊的輸入端。
[0005]在上述技術(shù)方案中，所述控制模塊通過(guò)10接口或RS485/RS232通訊接口接收的開 門或關(guān)門控制命令、轉(zhuǎn)子位置信號(hào)、電機(jī)電流信號(hào)后輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)至電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋的驅(qū) 動(dòng)信號(hào)輸入端。
[0006] 在上述技術(shù)方案中，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋的電源信號(hào)輸入端連接開關(guān)電源模塊的 310V直流電壓輸出端。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋的輸出端連接到交流永磁同步電機(jī)的U、
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述交流永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過(guò)減速機(jī)與卷軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連 接，控制卷軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)門簾或門板的上升開門、下降關(guān)門。
[0009] 在上述技術(shù)方案中，所述交流永磁同步電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器為霍爾元件位 置傳感器或電磁式位置傳感器或光電式位置傳感器。
[0010] 在上述技術(shù)方案中，所述電機(jī)電流檢測(cè)模塊的電流檢測(cè)模塊為橋臂電阻采樣模塊 或霍爾效應(yīng)電流互感器。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：整個(gè)系統(tǒng)在上升開門或下降關(guān)門過(guò) 程中采用區(qū)段的曲線速度設(shè)定，在啟動(dòng)階段采用較低的啟動(dòng)速度，使啟動(dòng)機(jī)械沖擊較??；在 中間運(yùn)行階段，采用較高的運(yùn)行速度加快整個(gè)開門或關(guān)門過(guò)程的時(shí)間；在緩?fù)ｋA段，采用較 低的緩?fù)Ｋ俣?，使道門簾或門板停止平穩(wěn)減小機(jī)械沖擊。在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中速度變化都是 連續(xù)的，如果發(fā)生阻礙，控制系統(tǒng)為了達(dá)到既定的運(yùn)行速度會(huì)快速增大驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作電 流，從而有一個(gè)電流突變的過(guò)程，控制模塊通過(guò)電機(jī)電流檢測(cè)模塊檢測(cè)到該過(guò)程即可判定 門在運(yùn)行過(guò)程中碰到阻礙，系統(tǒng)自動(dòng)停止工作或反轉(zhuǎn)，起到保護(hù)作用。
[0012] 本實(shí)用新型采用開關(guān)電源和控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)，體積更小更穩(wěn)定，采用正弦波 驅(qū)動(dòng)電機(jī)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、速度控制更平穩(wěn)精準(zhǔn)，控制快速門在啟動(dòng)、運(yùn)行、停止時(shí)的加、減速 曲線平穩(wěn)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型快速門交流永磁同步伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是本實(shí)用新型的交流永磁同步電機(jī)（6)的磁場(chǎng)定向控制控制策略圖；
[0015] 圖3是本實(shí)用新型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋（5)主要由六個(gè)絕緣柵雙極晶體管（IGBT) 組成結(jié)構(gòu)圖；
[0016] 圖4是本實(shí)用新型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋（5)的六種狀態(tài)中每一狀態(tài)間旋轉(zhuǎn)60度電 角度的基本矢量示意圖；
[0017] 圖5是本實(shí)用新型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋（5)的基本矢量合成新的空間電壓矢量 Vsref的合成示意圖；
[0018]圖6是本實(shí)用新型的卷軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)⑶在帶動(dòng)門簾或門板上升、下降過(guò)程中速度 采用S曲線設(shè)置示意圖；
[0019] 圖中：1 一開關(guān)電源模塊；2 -電機(jī)位置檢測(cè)模塊；3-電機(jī)電流檢測(cè)模塊；4一控制 模塊；5 -電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋；6-交流永磁同步電機(jī)；7 -減速機(jī)；8-卷軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；21-參 考速度；22-PI控制器；23 -Clarke變換；24 -Park變換；25-Park逆變換；26-空間矢 量脈寬調(diào)制算法；27 - 310V直流母線電壓。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0021] 如圖1所示的快速門的交流永磁同步伺服電機(jī)控制系統(tǒng)，包括開關(guān)電源模塊1、電 機(jī)位置檢測(cè)模塊2、電機(jī)電流檢測(cè)模塊3、控制模塊4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋5、交流永磁同步電機(jī) 6、減速機(jī)7、卷軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)8 ;開關(guān)電源模塊1的輸入端連接有電源，開關(guān)電源模塊1的輸出 端連接控制模塊4的供電輸入端和電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋5的供電輸入端，控制模塊4的信號(hào)輸 出端連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋5的信號(hào)輸入端，電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋5的輸出端連接交流永磁同步 電機(jī)6的輸入端，交流永磁同步電機(jī)6輸出端連接減速機(jī)7的輸入端，減速機(jī)7的輸出端連 接卷軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)8的輸入端；電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋5的電機(jī)相電流信號(hào)輸出端連接電機(jī)電流檢 測(cè)模塊2的輸入端，電機(jī)電流檢測(cè)模塊2的輸出端連接控制模塊4的輸入端；交流永磁同步 電機(jī)6的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)輸出端連接電機(jī)位置檢測(cè)模塊3的輸入端，電機(jī)位置檢測(cè)模塊 3的輸出端連接控制模塊4的輸入端。
[0022] 控制模塊4通過(guò)10接口或RS485/RS232通訊接口接收的開門、關(guān)門或停止控制命 令、轉(zhuǎn)子位置信號(hào)、電機(jī)電流信號(hào)后輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)至電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋5的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋5的電源信號(hào)輸入端連接開關(guān)電源模塊1的310V直流電壓輸出端。電機(jī) 驅(qū)動(dòng)逆變橋5的輸出端連接到交流永磁同步電機(jī)6的U、V、W相。
[0023] 交流永磁同步電機(jī)6的轉(zhuǎn)子通過(guò)減速機(jī)7與卷軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)8連接，控制卷軸傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)8的正、反轉(zhuǎn)動(dòng)作。交流永磁同步電機(jī)6的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器可為霍爾元件位置傳 感器或電磁式位置傳感器或光電式位置傳感器。電機(jī)電流檢測(cè)模塊3的電流檢測(cè)模塊為橋 臂電阻采樣模塊或霍爾效應(yīng)電流互感器。
[0024] 系統(tǒng)接入單相220V交流電壓，通過(guò)開關(guān)電源1轉(zhuǎn)為交流永磁同步電機(jī)工作所需的 310V直流母線電壓，以及控制電路需要的其它直流電壓。
[0025] 快速門的交流永磁同步伺服電機(jī)控制系統(tǒng)工作過(guò)程如下：
[0026] ①：控制模塊4通過(guò)10 口或RS485/RS232通訊接口接收上位機(jī)或遙控器發(fā)出的開 門上升命令；
[0027] ②：電機(jī)位置檢測(cè)模塊2檢測(cè)交流永磁同步電機(jī)6的轉(zhuǎn)子位置信息和電機(jī)電流檢 測(cè)模塊3檢測(cè)交流永磁同步電機(jī)6的相電流輸入到控制模塊4;
[0028] ③：控制模塊4根據(jù)預(yù)設(shè)的開門運(yùn)行速度0. 5m/s~1. 5m/s，采用磁場(chǎng)定向F0C控 制策略，使用空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM算法，輸出6路PWM信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋5;
[0029] ④：電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變橋5的六個(gè)絕緣柵雙極晶體管IGBT根據(jù)6路PWM信號(hào)開啟或關(guān) 閉，驅(qū)動(dòng)交流永磁同步電機(jī)6正向轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0030] ⑤：交流永磁同步電機(jī)6的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)減速機(jī)7帶動(dòng)卷軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)8正轉(zhuǎn)帶動(dòng)門簾 或門板上升；
[0031] ⑥：在運(yùn)行到開門動(dòng)作總行程的0~20%時(shí)，控制模塊4根據(jù)預(yù)設(shè)的開門速度 1. 5m/s~3m/s進(jìn)行加速并保持該速度；
[0032] ⑦：在運(yùn)行到開門動(dòng)作總行程的60~80%時(shí)，控制模塊4根據(jù)預(yù)設(shè)的開門速度 0. 2m/s~lm/s進(jìn)行減速，并在完成全部開門行程時(shí)逐步減速到0,完成開門動(dòng)作；
[0033] ⑧：控制模塊4通過(guò)10 口或RS485/RS232通訊接口接收上位機(jī)或遙控器發(fā)出的關(guān) 門下降命令；
[0034] ⑨