专利名称：冷库门控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种冷库门控制装置，尤其涉及一种冷库门控制系统。
背景技术：
现有技术中冷库门控制装置有直流脉宽调速控制器、交流异步变频调速控制 器、直流无刷控制器等。现有技术中如直流脉宽调速控制器，其原理是，为了获得可调 的直流电压，利用电力电子器件的完全可控性，采用脉宽调制技术，直接将恒定的直流 电压调制成可变大小和极性的直流电压作为电机的电枢端电压，实现系统的平滑调速。 脉宽调制的基本原理，脉宽调制(PulseWidthModulation)，是利用电力电子开关器件 的导通与关断，将直流电压变成连续的直流脉冲序列，并通过控制脉冲的宽度或周期达 到变压的目的。所采用的电力电子器件都为全控型器件，如电力晶体管(GTR)、功率 MOSFET、IGBT等。通常PWM变换器是用定频调宽来达到调压的目的PWM变换器调 压与晶闸管相控调压相比有许多优点，如需要的滤波装置很小甚至只利用电枢电感已经 足够，不需要外加滤波装置；动态响应快、开关频率高等。但是这些控制器控制冷库门的方式都为速度开环，而控制的对象多为高速电 机，需要增加额外的减速装置，才能实现冷库门的开关动作，导致结构复杂、故障率 高、维护成本高、控制精度差、效率低下。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种冷库门控制系统，用以解决现有技术中冷库门 需要增加额外的减速装置才能实现冷库门的开关动作，导致结构复杂、维护成本高、控 制精度差、效率低下的问题。本实用新型的上述目的是通过以下技术方案实现的一种冷库门控制系统，其中，一输入模块，其输入端与一第一节点的输入端连 接，所述输入端还与一第三节点的输入端连接；所述第一节点的反馈端与一电机磁极位 置和速度计算模块的速度反馈接口连接，所述第一节点的输出端通过一速度调节器与第 二节点的输入端连接，所述第二节点的反馈端与一克拉克帕克变换模块的第一电流反馈 接口连接，所述第二节点的输出端通过一第一电流调节器与一克拉克帕克逆变换模块的 第一输入端连接；所述第三节点的反馈端与所述克拉克帕克变换模块的第二电流反馈接 口连接，所述第三节点的输出端通过一第二电流调节器与所述克拉克帕克逆变换模块的 第二输入端连接；所述克拉克帕克逆变换模块的输出端与一空间矢量脉宽调制器的输入 端连接，所述空间矢量脉宽调制器的输出端与一电机驱动模块连接，所述电机驱动模块 的输出端与一电机连接，所述电机驱动模块的输出端还与一电流采样模块连接，所述电 流采样模块的输出端与所述克拉克帕克变换模块的输入端连接；所述电机的信号输出端 与所述电机磁极位置和速度计算模块的输入端连接，所述电机磁极位置和速度计算模块 的角度反馈接口分别与所述克拉克帕克变换模块的角度输入接口以及所述克拉克帕克逆变换模块的角度输入接口连接。上述冷库门控制系统，其中，所述电机的输出端包括一安装在所述电机上的磁 感应编码器，且其与所述电机的转子同心，所述磁感应编码器的输出端与所述电机磁极 位置和速度计算模块的输入端连接；一与所述磁感应编码器连接的感应磁钢，安装在所 述电机的转轴上，使得其能够与所述磁感应编码器同心旋转。上述冷库门控制系统，其中，所述速度调节器为一比例积分控制器。上述冷库门控制系统，其中，所述第一电流调节器为一比例积分控制器。上述冷库门控制系统，其中，所述第二电流调节器为一比例积分控制器。上述冷库门控制系统，其中，所述电机驱动模块的输出端为一三相输出端，所 述电流采样模块的具体为两个输入端，所述电流采样模块的两个输入端分别与所述三相 输出端中的任意两相连接；所述电流采样模块的输出端具体包括两采样输出端口，所述 克拉克帕克变换模块的输入端具体包括两采样输入端口，所述两采样输出端口分别与所 述两采样输入端口连接。上述冷库门控制系统，其中，所述克拉克帕克逆变换模块的输出端包括一第一 电流输出端和一第二电流输出端，所述第一电流输出端与空间矢量脉宽调制器的第一输 入端相连，所述第二电流输出端与所述空间矢量脉宽调制器的第二输入端相连。上述冷库门控制系统，其中，所述空间矢量脉宽调制器的输出端为一六相输出 端，所述电机驱动模块的输入端为一六相输入端。上述冷库门控制系统，其中，所述电机为永磁同步电机。上述冷库门控制系统，其中，所述输入模块为RS232、控制器局部网或可编程 I/O输入。由于采用了上述技术方案，本实用新型冷库门控制系统相比与现有技术具有采 用速度和电流双闭环算法，对永磁同步电机驱动冷库门的运进进行精确控制，达到输出 转矩大、控制精确、性能可靠、效率高、节能减排的效果。
图1是本实用新型冷库门控制系统的实施例一的电路框图；图2是本实用新型冷库门控制系统的实施例二的电路框图；图3是本实用新型冷库门控制系统的实施例三的电路框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
做进一步的说明实施例(一)图1为本实用新型冷库门控制系统实施例一的电路框图，请参见图1，本实用新 型冷库门控制系统，其中，一输入模块3，输入模块3的输入端31与一第一节点11的输 入端111相连，输入模块3的输入端31与一第三节点13相连，输入模块3分别将给定电 流和给定转速的数据输入到第一节点11和第三节点13中；第一节点11的反馈端112与 电机磁极位置和速度计算模块27的速度反馈接口 273连接，第一节点11的输出端113通 过一速度调节器41与第二节点22的输入端121连接，其中，电机磁极位置和速度计算模
427块的作用是将电机的转速数据输入到第一节点11中，第一节点11将该数据与输入端 111输入的给定转速进行比较，实现速度负反馈，求出速度负反馈的反馈值，并将该值送 入速度调节器41中，速度调节器41对输入的数据进行运算，得出q轴力矩电流分量，并 将其送入到第二节点12中；第二节点12的反馈端与一克拉克帕克变换模块5的第一电流 反馈接口 53连接，第二节点12的输出端123通过一第一电流调节器42与一克拉克帕克 逆变换模块6的第一输入端61连接，其中，克拉克帕克变换模块5的第一电流反馈接口 53将电机q轴电流分量与输入端122输入的q轴力矩电流分量进行比较，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42中，第一电流调节器42 对输入的数据进行运算，得出q轴矢量信号Vq并将其送入克拉克帕克逆变换模块6中； 第三节点13的反馈端132与克拉克帕克变换模块5的第二电流反馈接口 54连接，所述第 三节点13的输出端133通过一第二电流调节器与所述克拉克帕克逆变换模块6的第二输 入端62连接，其中，克拉克帕克变换模块5的第二输出端53将电机的d轴分量与输入端 131输入的给定电流进行比较，求出差值，并将该差值输入到第二电流调节器43中，第 二电流调节器43对输入的数据进行运算后得出d轴矢量信号Vd并将其送入到克拉克帕克 逆变换模块6中；克拉克帕克逆变换模块6的输出端64与一空间矢量脉宽调制器7的输 入端72连接，空间矢量脉宽调制器7的输出端与一电机驱动模块8连接，电机驱动模块 8的输出端与一电机1连接，其中，克拉克帕克逆变换模块6将第一电流反馈接口 61和 第二电流反馈接口输入62的数据经过克拉克变换以及帕克变换后输入空间矢量脉宽调制 器7中，空间矢量脉宽调制器7经过运算后输出脉冲信号并将其送入电机驱动模块8中， 电机驱动模块8通过输入脉冲信号对电机1进行控制。电机驱动模块8的输出端还与一 电流采样模块4连接，电流采样模块4的输出端与所述克拉克帕克变换模块5的输入端连 接，其中，电流采样模块4对电机驱动模块8输出地信号进行采样并将经采样后得出的电 流信号输入到克拉克帕克变换模块5中。最终可以形成反馈回路，上述三个调节器分别 用来调节转速和电流，速度调节器41用来调节转速，第一电流调节器45和第二电流调节 器43用来调节电流，即分别引入速度负反馈和电流负反馈。实现速度闭环和电流闭环的 双闭环调速。其中，电机驱动模块8的输出端为一三相输出端，电流采样模块4与所述三相输 出端中的任意两相连接；电流采样模块4的输出端具体包括采样输出端口 43、采样输出 端口 44，所述克拉克帕克变换模块5的输入端具体包括采样输入端口 51、采样输入端口 52，电流采样模块4的输出端口 43与克拉克帕克变换模块5的输入端口 51相连，电流采 样模块4的输出端口 44与克拉克帕克变换模块5的输入端口 52相连。电机驱动模块8 输出三相交流电给电机1的转子，电流采样模块8采集其中任意两相的电流转换为电流信 号分别送入克拉克帕克变换模块5中。电机的信号输出端11与所述电机磁极位置和速度 计算模块27的输入端271连接，电机磁极位置和速度计算模块27的角度反馈接口 272分 别与克拉克帕克变换模块5的角度输入接口 55以及克拉克帕克逆变换模块6的角度输入 接口连接65，其中，电机磁极位置和速度计算模块27将从电机的信号输出端输入的信号 进行计算得出电机的磁极位置和转速，电机磁极位置和速度计算模块27将电机的磁极位 置分别输入到克拉克帕克变换模块5及克拉克帕克逆变换模块6中。其中，克拉克帕克逆变换模块6的输出端包括一第一电流输出端63和一第二电
5流输出端64，所述第一电流输出端63与空间矢量脉宽调制器的第一输入端相连71，所述 第二电流输出端64与所述空间矢量脉宽调制器的第二输入端72相连。克拉克帕克逆变 换模块6将经过克拉克变换及帕克变换后得出的电机的A相矢量信号Va和B相矢量信号 Vb分别输入到空间矢量脉宽调制器7中。其中，空间矢量脉宽调制器7的输出端为一六相输出端，电机驱动模块8的输入 端为一六相输入端。空间矢量脉宽调制器7将经过运算后得到的U、V、W、X、Y、Z 三组六个脉宽信号输入电机驱动模块8，由电机驱动模块8输出电机A、B、C三相交流 H1^ ο其中，电机1为永磁同步电机，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，实现对冷库门更精确、稳定的控制。其中，输入模块8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。本实用新型冷库门控制系统的工作原理是采用双闭环控制，即速度闭环和电流 闭环对电机的运行进行控制；输入模块3输入的给定转速与电机磁极位置和速度计算模块27输入的反馈转速 通过第一节11点进行反馈，得出一反馈值，该反馈值通过速度调节器41输出q轴力矩电 流分量，将q轴力矩电流分量与克拉克帕克变换模块5的第一反馈接口 53输出的电机q 轴分量通过第二节点12进行反馈，得出另一反馈值，该反馈值通过第一电流调节器42进 行运算得出q轴的矢量信号Vq，将q轴的矢量信号Vq输入到克拉克帕克逆变换模块6， 克拉克帕克逆变换模块6对q轴的矢量信号及从电机磁极位置和速度计算模块27输入的 电机磁极位置信号进行计算，得出A相矢量信号，将A相矢量信号输入到空间矢量脉宽 调制器7中，空间矢量脉宽调制器7控制电机驱动模块8改变输出地三相交流电的电压， 从而实现对电机1的运行进行状态进行控制，其中，电机磁极位置和速度计算模块27输 入的反馈转速通是通过对电机信号输出端输入的信号进行运算后得到的；克拉克帕克变 换模块5的第一反馈接口输出的电机q轴电流分量是通过电流采样模块4对电机驱动模块 8输出地A相电流进行采样并通过运算得出电流信号ia，然后将电流信号ia与电机磁极 位置和速度计算模块27输出的电机磁极位置信号通过克拉克帕克变换模块进行运算得出 的；这样就实现了对电机1的转速闭环控制。速度调节器41输出端输出的q轴力矩电流分量与克拉克帕克变换模块5的第一 反馈接口 53输出的q轴电流分量经过第二节点12进行反馈，反馈值通过第一电流调节器 42运算后得到q轴的矢量信号Vq ；输入模块3输入的给定电流与克拉克帕克变换模块5 的第二反馈接口输出的电机d轴电流分量通过第三节点13进行反馈，反馈值经过第二电 流调节器43运算后得到d轴的矢量信号Vd ； q轴的矢量信号Vq与d轴的矢量信号Vd经 过克拉克变换和帕克变换后分别得到A相矢量信号Va与B相矢量信号Vb，A相矢量信 号Va与B相矢量信号Vb经过空间矢量脉宽调制器7运算后得到U、V、W、X、Y、Z 三组六个脉宽信号输入电机驱动模块8中，实现对电机驱动模块8的控制，电机驱动模块 8的三相输出端的输出电压改变，电机驱动模块8的三相输出端与电机1定子之间的线电 流也随之改变，电流采样模块4对电机驱动模块8的三相输出端与电机1定子之间A相和B相的线电流进行采样，电流采样模块4将A相与B相的电流转换为A相电流信号和 B相电流信号，A相电流信号和B相电流信号经过克拉克变换和帕克变换后得到电机的d 轴电流分量和电机的q轴的电流分量，克拉克帕克变换模块5将电机的q轴电流分量送入 第二节点的反馈端122中；克拉克帕克变换模块5将电机的d轴电流分量送入第三节点的 反馈端132中，这样就实现了对电机1的电流闭环控制。本实用新型冷库门控制系统通过速度闭环和电流闭环的双闭环控制系统对电机 的运行进行控制，使得电机运行时具有良好的动态特性，启动时间短，抗扰动能力强， 电流环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。实施例(二)图2是本实用新型冷库门控制系统的实施例二的电路框图，请参见如2，在实施 例一的基础上，本实用新型冷库门控制系统的电机的输出端包括一安装在电机1上的磁 感应编码器26，磁感应编码器26的输出端与电机1的转子同心，磁感应编码器26的输 出端与电机磁极位置和速度计算模块27的输入端连接，一与磁感应编码器26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 以与电机1的转子相同的圆心旋转，其中，磁感应编码器26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27 中。实施例(三)图3是本实用新型冷库门控制系统的实施例三的电路框图，请参见如3，在上述 实施例的基础上，本实用新型冷库门控制系统的速度调节器可以为比例积分控制器21， 第一电流调节器可以为比例积分控制器22，第二电流调节器可以为比例积分控制器23， 比例积分控制器21设置在第一节点11的输出端与第二节点12的输入端连接之间，比例 积分控制器22设置在第二节点12的输出端与克拉克帕克逆变换模块6的第一输入端连接 之间，比例积分控制器23设置在第三节点13的输出端与克拉克帕克逆变换模块6的第二 输入端连接之间，其中，第一节点的输出端输出地数据通过比例积分控制器21运算后输 入到第二节点12中，第二节点12的输出端输出的数据通过计算后输入到克拉克帕克逆变 换模块6的第一输入端中，第三节点13的输出端输出地数据通过比例积分控制器23进行 计算后输入到克拉克帕克逆变换模块6的第二输入端中。综上所述，本实用新型冷库门控制系统通过对永磁同步电机进行电流和转速的 双闭环控制，可以使用较小电流控制永磁同步电机运行，输出转矩大，达到永磁同步电 机运行的性能可靠、控制精确的目的。上述实施例仅是本实用新型可选实施方式的举例，其所涉及的特征仅用于说明 及阐述本实用新型的技术方案，并不用于限定本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种冷库门控制系统，其特征在于，一输入模块，其输入端与一第一节点的输入 端连接，所述输入端还与一第三节点的输入端连接；所述第一节点的反馈端与一电机磁 极位置和速度计算模块的速度反馈接口连接，所述第一节点的输出端通过一速度调节器 与第二节点的输入端连接，所述第二节点的反馈端与一克拉克帕克变换模块的第一电流 反馈接口连接，所述第二节点的输出端通过一第一电流调节器与一克拉克帕克逆变换模 块的第一输入端连接；所述第三节点的反馈端与所述克拉克帕克变换模块的第二电流反 馈接口连接，所述第三节点的输出端通过一第二电流调节器与所述克拉克帕克逆变换模 块的第二输入端连接；所述克拉克帕克逆变换模块的输出端与一空间矢量脉宽调制器的 输入端连接，所述空间矢量脉宽调制器的输出端与一电机驱动模块连接，所述电机驱动 模块的输出端与一电机连接，所述电机驱动模块的输出端还与一电流采样模块连接，所 述电流采样模块的输出端与所述克拉克帕克变换模块的输入端连接；所述电机的信号输 出端与所述电机磁极位置和速度计算模块的输入端连接，所述电机磁极位置和速度计算 模块的角度反馈接口分别与所述克拉克帕克变换模块的角度输入接口以及所述克拉克帕 克逆变换模块的角度输入接口连接。
2.如权利要求1所述的冷库门控制系统，其特征在于，所述电机的输出端包括一安装 在所述电机上的磁感应编码器，且其与所述电机的转子同心，所述磁感应编码器的输出 端与所述电机磁极位置和速度计算模块的输入端连接；一与所述磁感应编码器连接的感 应磁钢，安装在所述电机的转轴上，使得其能够与所述磁感应编码器同心旋转。
3.如权利要求1所述的冷库门控制系统，其特征在于，所述速度调节器为一比例积分 控制器。
4.如权利要求1所述的冷库门控制系统，其特征在于，所述第一电流调节器为一比例 积分控制器。
5.如权利要求1所述的冷库门控制系统，其特征在于，所述第二电流调节器为一比例 积分控制器。
6.如权利要求1所述的冷库门控制系统，其特征在于，所述电机驱动模块的输出端为 一三相输出端，所述电流采样模块的具体为两个输入端，所述电流采样模块的两个输入 端分别与所述三相输出端中的任意两相连接；所述电流采样模块的输出端具体包括两采 样输出端口，所述克拉克帕克变换模块的输入端具体包括两采样输入端口，所述两采样 输出端口分别与所述两采样输入端口连接。
7.如权利要求1所述的冷库门控制系统，其特征在于，所述克拉克帕克逆变换模块的 输出端包括一第一电流输出端和一第二电流输出端，所述第一电流输出端与空间矢量脉 宽调制器的第一输入端相连，所述第二电流输出端与所述空间矢量脉宽调制器的第二输 入端相连。
8.如权利要求1所述的冷库门控制系统，其特征在于，所述空间矢量脉宽调制器的输 出端为一六相输出端，所述电机驱动模块的输入端为一六相输入端。
9.如权利要求1所述的冷库门控制系统，其特征在于，所述电机为永磁同步电机。
10.如权利要求1所述的冷库门控制系统，其特征在于，所述输入模块为RS232、控 制器局部网或可编程I/O输入。
专利摘要本实用新型冷库门控制系统通过速度闭环和电流闭环的双闭环控制系统对电机的运行进行控制，使得电机运行时具有良好的动态特性，启动时间短，抗扰动能力强，电流环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。
文档编号H02P6/16GK201797479SQ20102028395
公开日2011年4月13日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者刘鑫, 朱恒久, 许铭飞, 陈金勇, 黄宇科 申请人:苏州莫康控制技术有限公司