摘要：为了使高性能的自动门驱动控制系统运行的更加安全可靠且快速平稳，那么便设计出驱动为智能控制功率模块IPM、伺服电机为直线感应电机、控制核心为数字信号处理器DSP的设计方案，并利用了正弦脉宽调制方法（SPWM）来应对自动门机运行时特殊的速度调节作用，从而将整个自动门控制系统的性能进一步进行提升。
关键词：直线电动机；自动门；具体应用
交流旋转电机通常应用在以往的自动门中，而实现开、关电梯门的关键是利用部分纷杂的传动机构来转换电机旋转运动，使其运动的形式变换为直线运动。随着社会的发展，人们在现实生活中的要求越来越高，对门机系统的功能也无例外，但是众所周知，响应不迅速以及难以控制是交流旋转电机的明显缺陷，那么便难以满足人们的需求。因此，在本中便设计了一种新的门机系统，此门机系统的控制核心为数字信号处理器DSP，自动门采用的电机驱动是一种扁平型的直线感应电机驱动。此门机系统的显著特点为在运行时不但安全可靠平稳、且在速度的响应上也较为迅速，DSP的SPWM技术也应用在该系统的控制方式中。
1.直线电机结构和工作原理
1.1直线电机的基本构造
所谓的直线电机也就是一种在结构上对旋转电机进行演变的结果，从另一种视角上看，它像是沿着径向剖开某台旋转电机，然后展开电机的圆周形成一条条直线，而其中的初级为定子演变的一侧，次级则由转子一侧演变而来。
1.2直线电机的工作原理
直线电机的工作原理是一种利用机械能直接对电能进行转换的进程，此进程中可省去中间的转换装置，详细如下：初级绕组的行波磁场产生在气隙中，且其电源为交流电。次级在切割行波磁场时，电流便因感应电动势而出现，而电磁推力则是在相互作用的磁场以及电流下出现。一旦任一次级或初级同定，那么在推理的作用下，另一极将持续做直线运动[1]。
2.设计自动门系统
在本文中对自动门进行驱动的装置是扁平型复合次级直线异步电机。在电机某扇门的顶部对安装其初级；在机架上安装次级板，而同步联动两扇门的装置则为钢索。
系统硬件设计：
在此系统中，控制器的处理单元选取的是TI公司的TMS320C2812芯片，此芯片的设计对象为工业自动控制。其中，20纳秒是其指令的周期，且40 赫兹是其最高的工作频率。它的通用定时器有4路，AD转换器有16路，I/O引脚共有40个之多，另外，它的脉冲编码捕获电路以及PWM渡的内置模块就有16路。三菱公司的IPM（智能功率模块）PS21563-P是它所采用的逆变电路。在此IPM中，600伏的电压是其直流侧最大的电压，10安是其最大允许电流，对小功率电机驱动较为适用，且在其中有短路以及欠电压保护。系统硬件结构图如图1。
图1 系统硬件结构图
此直流电机拥有较软的机械特性，不仅可以较为方便的调节其速度，且其速度与推力深受其电源电压（或负载）波动的影响。所以，在控制系统中，为了较为平稳的开闭门使能，可将速度控制元件加在其中。
在对自动门直线电机所需的推力进行选择时，其中三个重要的因素必须注意到，包括了门动作所允许的时间、门的行程以及门的重量。计算步骤如下，可对直线电机所需推力较为准确的计算出。
通常来讲，i米/秒是大部分人正常行走的速度，而与人经过自动门的速度相比，开门的速度应稍快。距离门大约2到3米的范围一般是传感器灵敏度的距离范围，人们正常通行的时间一般选取在整个门打开四分之三时进行。所以，2到3秒的时间便是整个门打开四分之三的时间，也就是门动作的时间，门在当前的加速度a为
（米/秒），而门的总重量P总是P附加P，单位为公斤，门的总重m总为
，单位为千克，加速力F加为
，单位为公斤力，直线电机的推力F为加速力F加相加于摩擦力F摩，单位为公斤力，而其中摩擦力F摩为µP总，单位同样是公斤力。
其中s为门的总行程；t是开四分之三门的总行程所允许的时间；P附指的是门的附加重量；P是门的重量；M总为门的总质量；µ为摩擦系数；F加为产生加速度所需的力；F摩指的是产生的摩擦力等等。
在直线电机中，一旦未安装好电机的初级，那么在运行时便会因法向力的产生而对正压力进行增加，此时便必需增加直线电机的推力。在以上算法中，加工精度在很大程度上决定了选取的摩擦系数，所以，直线电机推力选翻勺正确性与摩擦系数的正确选取息息相关。在实际当中，在对直线电机的推力进行选取时可采用实测的方法进行[2]。
直线电机的外形尺寸、自动门的耗电量以及开门的速度等与直线电机同步速度的正确选择休戚相关。对自动门来说，要想确保其高速度的平稳运行，那么便需要在确定直线电机的起动推力后，选用直线电机当中同步速度较高的电机，因为它拥有较长的加速时间，起制状态一直出现在整个开门进程中，因此便可极快的进行开门作业；相反，在直线电机的同步速度不高时，也就是加速时间在开门进程中较短，那么在开门时便会因其在中间稳定运行而将时间拉长。
从电机的尺寸以及耗电方面出发的话，在起动推力相同时，t大的电机要比小的电机尺寸小，但是却需要较大的输入功率来产生单位推力；相反，电机的尺寸可以在t选大的情况下稍微进行缩小，因此，必须合理的对同步速度，也就是t进行合理选取。实践表明，4.5到6米/利冶勺范围内同步速度在直线电机的选取上较为合适。
在自动门由直线电机进行驱动时，必须利用机械以及电气的方法来确保门停在正确的位置上。而直流能耗以及反接制动是电气方面所采用的重要方式，而电网电压却对电气方式产生较大影响，所以，电气方法的使用一般会使门比较困难的完全停准在正确位置上。但是，要想使门正确无误的完全停准，则必须将位置或者是速度控制加在控制系统中，这样的结果是成本被极大的提升了且线路也被复杂化了。而将定位装置装在机械上是电气方面较好的办法。将定位装置加在门的终端及始端后，再加上控制上采用电气方式，则自动门便可对完全停准这一点进行满足[3]。
现如今，已有不少单位对自动门做出或多或少的研究，但是从整体上看都不太集中，各单位都在单独生产控制线路、传动装置、门机构或是传动器等部件，相互之间的沟通联系较为匮乏，因此自动门的成效便不明显，性能上的配合也不尽如意。未来在研究自动门时应加强从整体出发，在配合上增强组织性。唯有如此，直线电机驱动的自动门在研究时才能缩短时间、降低价格且提升其性能，更加方便的推广直线电机在自动门上的应用。
4．结论
在此门机控制系统中，感应电机选取的是具有零传动的直线感应电机。它的优点众多，包含了性能稳定、响应迅速、运行声音较小等，且其核心的处理器选取的是TMS320LF2407A DSP，实现与智能功率模块相互结合，使得系统的稳定性被极大的提升。
参考文献：
[1]周勇.直线电机驱动电梯门机及其控制系统[D].浙江大学，2006．
[2]郎东革.电梯门机控制系统的研究[D].沈阳工业大学，2007．
论文作者:郭挺
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/9/18
标签：自动门论文; 电机论文; 直线论文; 推力论文; 速度论文; 时间论文; 系统论文; 《基层建设》2018年第24期论文;