基于永磁同步直线电机的自动门控制方法及系统
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，具体涉及基于永磁同步直线电机的自动门控制方法及系统。
背景技术
自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行的发展和完善。自动门行业发展已日渐成熟，自动门是指可以将人接近门的动作(或将某种入门授权)识别为开门信号的控制单元，通过驱动系统将门开启，在人离开后再将门自动关闭，并对开启和关闭的过程实现控制的系统。
现有的自动门系统大多采用直流无刷或有刷电机来进行驱动控制，而通过直流无刷或有刷电机来对自动门系统进行驱动控制时，还存在以下的缺点：运行噪音较大，控制精度不高，且运行时的机械特性比较硬，存在安全隐患，制动控制也不够平稳、柔顺。因此还有待改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了基于永磁同步直线电机的自动门控制方法及系统，其应用时，在保证自动门控制精度的同时，可以有效降低自动门运行的噪音，提高自动门运行的安全性。
本发明所采用的技术方案为：
基于永磁同步直线电机的自动门控制方法，包括：
采用矢量控制的永磁同步直线电机对自动门进行驱动控制；
通过霍尔传感器对永磁同步直线电机进行动子位置检测，获得位置检测结果；
根据位置检测结果对永磁同步直线电机的转矩进行线性校正。
作为上述技术方案的优选，所述通过霍尔传感器对永磁同步直线电机进行动子位置检测，获得位置检测结果，包括：
采用开关霍尔传感器对永磁同步直线电机进行动子位置检测，获得开关霍尔信号；
对开关霍尔信号进行正弦化处理，获得正弦化霍尔信号；
根据正弦化霍尔信号估算出永磁同步直线电机的动子位置，得到其位置检测结果。
作为上述技术方案的优选，所述通过霍尔传感器对永磁同步直线电机进行动子位置检测，获得位置检测结果，包括：
采用线性霍尔传感器对永磁同步直线电机进行动子位置检测，生成霍尔电压-动子位置关系曲线；
根据霍尔电压-动子位置关系曲线解算永磁同步直线电机动子的相应角度，获得永磁同步直线电机的动子位置检测结果。
作为上述技术方案的优选，所述方法还包括：
设置两个线性霍尔传感器对永磁同步直线电机进行动子位置检测，两个线性霍尔传感器之间的间距为半个电机极距；
根据两个线性霍尔传感器的检测数据，在同一坐标系中分别生成对应霍尔电压-动子位置关系曲线；
根据两个线性霍尔传感器对应的霍尔电压-动子位置关系曲线，对永磁同步直线电机动子的相应角度进行解算，获得永磁同步直线电机的动子位置检测结果。
作为上述技术方案的优选，永磁同步直线电机动子角度的解算公式如下：
其中，uα和uβ分别为两个线性霍尔传感器对应的霍尔电压值。
作为上述技术方案的优选，所述方法还包括通过矢量控制的永磁同步直线电机对自动门进行速度-时间关系呈S形曲线的减速制动控制。
作为上述技术方案的优选，所述方法还包括设定永磁同步直线电机驱动自动门由匀速阶段向制动阶段过渡的条件，当判定永磁同步直线电机驱动自动门在匀速阶段达到向制动阶段过渡的条件时，再通过永磁同步直线电机对自动门进行速度-时间关系呈S形曲线的减速制动控制。
作为上述技术方案的优选，对所述过渡条件的判定过程包括：
预先建立永磁同步直线电机驱动自动门在不同速度时的S形曲线制动距离模型；
将当前永磁同步直线电机驱动自动门的速度带入S形曲线制动距离模型，获得对应制动距离Dth；
确定永磁同步直线电机驱动的自动门当前位置距终点位置的距离D，当D＝Dth时，通过永磁同步直线电机对自动门进行速度-时间关系呈S形曲线的减速制动控制。
基于永磁同步直线电机的自动门控制系统，包括永磁同步直线电机、霍尔传感器和主控器，所述永磁同步直线电机用于对自动门进行驱动控制，所述霍尔传感器对永磁同步直线电机进行动子位置检测，获得检测数据，所述主控器用于对霍尔传感器的检测数据进行处理，获得位置检测结果，并根据位置检测结果对永磁同步直线电机的后续驱动控制过程进行精度校正。
作为上述技术方案的优选，所述系统还包括存储器，所述存储器与主控器对接，用于存储主控器的处理数据。
本发明的有益效果为：
本发明通过矢量控制的永磁同步直线电机替代传统的直流无刷或有刷电机，来对自动门进行驱动控制，由于永磁同步直线电机采用直驱方式，显著的提高了自动门运行的安全性，并且永磁同步直线电机没有传统电机驱动的齿轮、皮带，简化了结构，便于安装、维护，显著延长了产品的使用寿命；同时根据霍尔传感器的位置检测结果对永磁同步直线电机后续的转矩进行线性校正，可以降低电机的扭矩脉动，从而有效降低自动门运行的噪音；通过霍尔传感器来代替传统的永磁同步直线电机位置获取传感器，即便于根据位置检测结果对永磁同步直线电机后续的转矩进行线性校正，又可以降低检测的成本；通过永磁同步直线电机对自动门进行速度-时间关系呈S形曲线的减速制动控制；可以获得平稳的加减速性能，从而使自动门的驱动控制过程变得更为柔滑，减少机械冲击。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为霍尔传感器的使用示意图；
图3为开关霍尔信号的正弦化处理示意图；
图4为线性霍尔传感器之间的间距示意图；
图5为霍尔电压-动子位置关系曲线图；
图6为S形曲线的减速制动控制效果示意图；
图7为过渡条件的判定流程示意图；
图8为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
应当理解，术语第一、第二等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
应当理解，在本发明的描述中，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”，“相邻”对“直接相邻”等等)。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。
在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。
实施例1：
本实施例提供了基于永磁同步直线电机的自动门控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
S101.采用矢量控制的永磁同步直线电机对自动门进行驱动控制；
S102.通过霍尔传感器对永磁同步直线电机进行动子位置检测，获得位置检测结果；
S103.根据位置检测结果对永磁同步直线电机后续的转矩进行线性校正。
具体应用时，通过矢量控制的永磁同步直线电机替代传统的直流无刷或有刷电机，来对自动门进行驱动控制，由于永磁同步直线电机采用直驱方式，显著的提高了自动门运行的安全性，并且永磁同步直线电机没有传统电机驱动的齿轮、皮带，简化了结构，便于安装、维护，显著延长了产品的使用寿命；同时根据霍尔传感器(使用效果如图2所示)的位置检测结果对永磁同步直线电机后续的转矩进行线性校正，可以降低电机的扭矩脉动，从而有效降低自动门运行的噪音；通过霍尔传感器来代替传统的永磁同步直线电机位置获取传感器(如光栅尺，其成本较高)，即便于根据位置检测结果对永磁同步直线电机后续的转矩进行线性校正，又可以降低检测的成本。
实施例2：
作为对上述实施例的优化，对永磁同步直线电机进行动子位置检测时：
采用开关霍尔传感器对永磁同步直线电机进行动子位置检测，获得开关霍尔信号；
对开关霍尔信号进行正弦化处理，获得正弦化霍尔信号；
根据正弦化霍尔信号估算出永磁同步直线电机的动子位置，得到其位置检测结果。
具体实施时，通过开关霍尔传感器获得开关霍尔信号，如果将开关霍尔信号，用在永磁同步直线电机上，按照传统的方法(六步法)驱动，则永磁同步直线电机的转矩脉动较大，进而导致及自动门体运行噪音较大。在本实施例中，如图3所示，将开关霍尔信号进行正弦化处理，获得正弦化霍尔信号，根据获得的离散位置信号，在每隔60度的信号角度区间中，根据当前速度估算出电机动子位置，同时在接下来每个换相点对该位置进行强制校正。
实施例3：
作为对上述实施例的优化，对永磁同步直线电机进行动子位置检测时：
采用线性霍尔传感器对永磁同步直线电机进行动子位置检测，生成霍尔电压-动子位置关系曲线；
根据霍尔电压-动子位置关系曲线解算永磁同步直线电机动子的相应角度，获得永磁同步直线电机的动子位置检测结果。
具体还包括：
如图4所示，设置两个线性霍尔传感器对永磁同步直线电机进行动子位置检测，两个线性霍尔传感器之间的间距为半个电机极距；
根据两个线性霍尔传感器的检测数据，在同一坐标系中分别生成对应霍尔电压-动子位置关系曲线，如图5所示；
根据两个线性霍尔传感器对应的霍尔电压-动子位置关系曲线，对永磁同步直线电机动子的相应角度进行解算，获得永磁同步直线电机的动子位置检测结果。
永磁同步直线电机动子角度的解算公式如下：
其中，uα和uβ分别为两个线性霍尔传感器对应的霍尔电压值。
可采用TMS320F28035型DSP芯片作为主控器实现上述解算，相应的主要代码如下：
HALL_SIN_Value_G＝_IQ12toIQ(AD9_Digit_Value_G)；
HALL_COS_Value_G＝_IQ12toIQ(AD10_Digit_Value_G)；
Angle_Value_G＝_IQatan2PU(HALL_SIN_Value_G,HALL_COS_Value_G)；
用定点运算库函数_IQatan2PU将角度区间的符号处理简化，并得出归一化的角度值，提高了运算速度，并满足控制精度要求。
实施例4：
作为对上述实施例的优化，所述控制方法还包括，通过矢量控制的永磁同步直线电机对自动门进行如图6所示的速度-时间关系呈S形曲线的减速制动控制。
S形曲线，其特点是将各类运动的加减速过程分为三段，即为第一阶段：匀加加速(加速度的变化率为大于零的常数)；第二阶段：匀加速(加速度为常数)；第三阶段：匀减加速(加速度的变化率为小于零的常数)。与梯形曲线相比，采用S形曲线，可以获得平稳的加减速性能，从而使自动门的驱动控制过程变得更为柔滑，减少机械冲击。由于永磁同步直线电机驱动的自动门没有齿轮及皮带传动，大惯性减速比较困难，采用S形曲线规划，使自动门平稳、柔滑的减速制动。
设定永磁同步直线电机驱动自动门由匀速阶段向制动阶段过渡的条件，当判定永磁同步直线电机驱动自动门在匀速阶段达到向制动阶段过渡的条件时，再通过永磁同步直线电机对自动门进行速度-时间关系呈S形曲线的减速制动控制。
对所述过渡条件的判定，具体过程包括：
预先建立永磁同步直线电机驱动自动门在不同速度时的S形曲线制动距离模型；
将当前永磁同步直线电机驱动自动门的速度带入S形曲线制动距离模型，获得对应制动距离Dth；
如图7所示，确定永磁同步直线电机驱动的自动门当前位置距终点位置的距离D，当D>Dth时，通过选择器选择进入匀速阶段，通过主控器继续进行匀速阶段控制，当D＝Dth时，选择进入制动阶段，通过永磁同步直线电机对自动门进行速度-时间关系呈S形曲线的减速制动控制。
对于不同的永磁同步直线电机运行速度(不同的负载惯性)，自动门制动阶段的制动距离是不同的。可以采用离线计算不同速度下的制动距离，然后根据其制动曲线的特性进行插值，最终获得不同速度下的自动门制动距离，从而使得自动门可以在任意时刻平稳制动。将离线测试而获得的实时速度与制动距离通过曲线拟合而得出经验公式，当自动门运行到制动阶段时，主控器通过S形曲线制动减速，减速距离由经验公式确定，自动门就能平稳的进入滑行阶段，以设定的滑行速度运行，而不至由于大的减速冲击而造成机械冲击。
在主控器中，相应的主要代码如下：
S曲线表：
SCurveTable[20]＝{1,4,9,16,25,36,49,64,80,96,112,128,143,156,167,176,183,188,191,192}；
S曲线速度控制：
RefSpeed＝(INT16S)((float)TempSpeed*(float)SCurveTable[i]/(float)SCurveTable[19])+LowSpeedValue。
实施例5：
本实施例提供基于永磁同步直线电机的自动门控制系统，如图8所示，包括永磁同步直线电机、霍尔传感器和主控器，所述永磁同步直线电机用于对自动门进行驱动控制，所述霍尔传感器对永磁同步直线电机进行动子位置检测，获得检测数据，所述主控器用于对霍尔传感器的检测数据进行处理，获得位置检测结果，并根据位置检测结果对永磁同步直线电机的后续驱动控制过程进行精度校正。还包括存储器，所述存储器与主控器对接，用于存储主控器的处理数据。主控器选用TMS320F28035型DSP芯片。
存储器中还存储有主控器所需的相应代码，及永磁同步直线电机驱动自动门在不同速度时的S形曲线制动距离模型，以供主控器调取使用。所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存(Flash Memory)、先进先出存储器(FIFO)和/或先进后出存储器(FILO)等。
实施例6：
本实施例提供一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有程序指令，当所述程序指令在主控器中运行时，执行上述实施时中的自动门控制方法。
以上所描述的多个实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的器件、单元可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部器件、单元来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
