高铁内门直线电机驱动控制方法与流程

1.本发明涉及轨道车辆门控制技术领域，尤其涉及一种高铁内门直线电机的驱动控制方法。


背景技术：

2.现有的轨道车辆门一般采用单个控制器控制整体的门系统，采用旋转电机加传动机构来驱动门扇，通过丝杆螺母、同步带等方式将旋转运动转化为直线运动，存在着转换机构复杂、装配难度高、噪音大、占用空间大和不利于维护等缺点。而直线电机是一种将电能转换成直线运动机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置，具有结构简单、定位精度高、反应速度快、高效安全、寿命长等优点。
3.现有的高铁内门大多设有开关部件来实现门的到位检测识别及到位锁闭功能，但这样使得高铁内门系统的整体结构笨重、体积较大、成本较高。且现有的高铁内门控制方法的设计大多依赖于轨道车辆的顶层需求，单独采用单控单驱方式或者单控双驱方式，适用的场景有限，兼容性和标准化程度不高。


技术实现要素：

4.发明目的：为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种可切换单门与双门控制、同步或异步控制双门系统、安全性高的高铁内门直线电机驱动控制方法。
5.技术方案：本发明基于高铁内门直线电机驱动控制系统，提出一种高铁内门直线电机驱动控制方法，包括上电初始化控制、智能识别并切换控制单门/双门系统、双门系统同步/异步控制、障碍物检测等功能设计及控制方法，并且针对高铁内门实际工作中出现的无锁状态到位保持、车体倾斜状态下防甩开、关门时防夹伤等一系列问题提供了解决方法。
6.进一步的，所述双门系统同步/异步控制可在检测到单门故障时，实现故障门扇的开门隔离并保障正常门扇的基本逻辑控制，不影响高铁内门的正常通行。
7.优选的，本发明采用无锁状态下的车门到位保持功能，替代传统的到位锁闭机械装置，配合车体倾斜状态下的车门到位保持及车门防甩开功能，提高安全性和工作效率，同时降低成本。
8.本发明采用的高铁内门直线电机驱动控制方法包括以下步骤：
9.(1)判断是单门系统还是双门系统，切换并加载对应的控制参数。控制器通过一个处理器驱动两个直线电机，控制对应门扇运动，并根据实际需求切换单门/双门控制功能。每个门扇使用一个直线电机独立控制，控制器的处理器处理多路采集的信号并通过两侧独立设置的电机驱动控制模块驱动车门运动，控制器可以选择单独控制左门、单独控制右门或同时控制双门。
10.(2)上电初始化，确定车门位置原点、到位点和门开度。上电初始化时，不接收任何车辆或本地控制命令，仅执行恒定低速关门进程。门扇关到位后，完成门扇位置原点的更新确认，此后等待开门指令；门扇开到位后，完成门行程的更新确认。
11.进一步的，此后所有的开关门操作均以本次上电初始化确认的门原点、门行程进行，实时保持与直线电机机械系统运行状态一致，避免由于直线电机机械系统长期运行及磨损造成的原点位置、行程位置的偏移。
12.(3)根据所述步骤(1)的判断结果，如果是单门系统，则直接进入下一步骤；如果是双门系统，则进一步根据接收的开关门请求判断是同步控制还是异步控制，切换并加载对应的控制参数。
13.所述控制器接收到同步开关门请求时，控制器左右两侧同步输出电机驱动信号完成两个门扇的同步运动控制；当接收到异步开关门请求时，控制器根据指令的先后次序先输出一侧驱动信号，间隔规定时间后输出另一侧驱动信号，实现两个门扇的异步运动控制。
14.进一步的，高铁内门直线电机驱动控制系统在开关门运动过程中，能够对门扇的开度、行程、电机电流和速度等控制参数进行实时读取并反馈至算法中不断自学习，以保证开关门的控制曲线与实际开关门的运行曲线渐趋一致。
15.进一步的，如果接收到门扇隔离信号，将停止对该门扇的驱动控制，由机械隔离装置固定隔离门扇的位置。如果接收到门扇故障信号，包括霍尔位置传感器故障、直线电机过流故障、直线电机过温故障等，则驱动故障门扇进行一次开门操作后，停止对此故障门扇的驱动控制，由人工或机械完成后续的控制与处理。
16.进一步的，所述步骤(3)在正常工作状态下，控制器会在开关门运动过程中实时进行障碍物检测判断。控制器通过门位置传感器对门位置进行监控，如果在给定的时间内门位置没有在行程方向上变化一定距离，则判定为检测到障碍物。当检测到障碍物时，根据门当前的位置进行判断，如果门处在开或关到位位置，则判定开或门关到位；如果门不在开或关到位位置，则诊断为障碍检测事件。发生开门障碍检测事件时，控制器会驱动电机停止一定时间后关门，确保车门控制的安全性；产生关门障碍检测事件时，控制器会驱动车门打开，防止意外夹伤人。
17.(4)根据所述步骤(2)获取的车门位置原点、到位点和门开度，基于车门已运动行程判断车门运行状态，如检测到车门已运行至开到位或关到位位置，控制器以持续稳定的小电流驱动控制直线电机，使车门保持在到位位置，进入到位保持模式。
18.优选的，所述控制器在控制车门运动时，使用速度环和电流环双环pi控制，控制量是电机速度；控制器实现门到位保持时，保持力仅使用电流环pi控制，控制量是电机电流。
19.进一步的，高铁内门在到位保持状态下，如果遇到坡度导致车体倾斜或车辆过弯，导致车门发生非预期的滑离，控制器将立即加大电流以提高直线电机的驱动力，来阻止门扇进一步的非预期滑离，并驱动门扇向到位位置方向移动。持续设定时间后控制器自动切换为小电流使保持力回复正常。如果再次遇到坡度导致车体倾斜或车辆过弯，则重复上述过程。
20.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：1、适用于单门和双门驱动系统，可以实现单门和双门的切换控制，在双门状态下可以同步或异步控制两扇车门；2、可实现开关门过程中对障碍物的实时检测，防止夹伤人，安全性高；3、可实现无锁状态下车门的到位保持，以及车辆倾斜状态下车门防甩开；4、适用于各种高铁内门，满足轨道车辆在各种坡度及拐弯度状态下的需求，通用性强、产品成本低。
附图说明
21.图1是本发明的单门/双门切换及控制方法的一具体实施例的流程图；
22.图2是本发明的上电初始化控制方法的一具体实施例的流程图；
23.图3是本发明的双门同步或异步控制方法的一具体实施例的流程图；
24.图4是本发明的障碍物检测控制方法的一具体实施例的流程图；
25.图5是本发明在无锁状态下车门到位保持及在车辆倾斜时车门防甩开的控制方法的一具体实施例的流程图；
26.图6是本发明的一具体实施例的工作流程图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
28.如图1-6所示，一种高铁内门直线电机驱动控制方法，包括上电初始化控制、智能识别并切换控制单门/双门系统、双门系统同步/异步控制、障碍物检测等功能设计，所述双门系统同步/异步控制可在检测到单门故障时，实现故障门扇的开门隔离并保障正常门扇的基本逻辑控制，不影响高铁内门的正常通行。
29.本发明采用的高铁内门直线电机驱动控制方法包括以下步骤：
30.(1)车门控制器通过一个处理器驱动两个直线电机，控制对应门扇运动，并根据实际需求切换单门/双门控制功能。判断是单门系统还是双门系统后，加载对应的控制参数。每个门扇使用一个直线电机独立控制，车门控制器的处理器通过输入/输出控制模块传输多路采集的信号，处理后通过两侧独立设置的电机驱动控制模块驱动车门运动，车门控制器可以选择单独控制左门、单独控制右门或同时控制双门，如图1所示。
31.(2)上电初始化时，不接收任何车辆或本地控制命令，仅执行恒定低速关门进程。门扇关到位后，完成门扇位置原点的更新，此后等待开门指令；门扇开到位后，完成门行程的更新。直线电机系统的上电初始化，通过位置监测部件确定两侧车门的位置原点、到位点和门开度。此后所有的开关门操作均以本次上电初始化确认的门原点、门行程进行，实时保持与直线电机机械系统运行状态一致，避免由于直线电机机械系统长期运行及磨损造成的原点位置、行程位置的偏移，如图2所示。
32.(3)所述车门控制器接收到同步开关门请求时，车门控制器左右两侧同步输出电机驱动信号完成两个门扇的同步运动控制；当接收到异步开关门请求时，车门控制器根据指令的先后次序先输出一侧驱动信号，间隔规定时间后输出另一侧驱动信号，实现两个门扇的异步运动控制，如图3所示。
33.高铁内门直线电机驱动控制系统在开关门运动过程中，能够对门扇的开度、行程、电机电流和速度等控制参数进行实时读取并反馈至算法中不断自学习，以保证开关门的控制曲线与实际开关门的运行曲线渐趋一致。
34.如果接收到门扇隔离信号，将停止对该门扇的驱动控制，由机械隔离装置固定隔离门扇的位置。如果接收到门扇故障信号，包括霍尔位置传感器故障、直线电机过流故障、直线电机过温故障等，则驱动故障门扇进行一次开门操作后，停止对此故障门扇的驱动控制，由人工或机械完成后续的控制与处理。
35.在正常工作状态下，车门控制器会在开关门运动过程中实时进行障碍物检测判
断。车门控制器通过门位置传感器对门位置进行监控，如果在给定的时间内门位置没有在行程方向上发生一定变化，则判定为检测到障碍物。当检测到障碍物时，根据门当前的位置进行判断，如果门处在开或关到位位置，则判定开或门关到位；如果门不在开或关到位位置，则诊断为障碍检测事件，诊断该障碍处在开门还是关门阶段，并在一定时间后驱动电机使车门朝相反方向运动。即发生开门障碍检测事件时，车门控制器会驱动电机停止一定时间后关门，确保车门控制的安全性；产生关门障碍检测事件时，车门控制器会驱动车门打开，防止意外夹伤人，如图4所示。
36.(4)根据获取的上电初始化门扇位置原点和门行程参数，根据车门已运动行程判断车门运行状态，是否已经运行至开门或关门到位位置。如检测到车门已运行至开到位或关到位位置，车门控制器将以持续稳定的小电流驱动控制直线电机，使车门保持在到位位置，进入到位保持模式。使用无锁状态下到位保持模式来替代传统的到位锁闭机械装置，增加了安全性和工作效率，降低成本。
37.车门控制器在控制车门运动时，使用速度环和电流环双环pi控制，控制量是电机速度；车门控制器实现门到位保持时，保持力仅使用电流环pi控制，控制量是电机电流。
38.高铁内门在到位保持状态下，如果遇到坡度导致车体倾斜或车辆过弯，导致车门发生非预期的滑离，当车门距离到位点的位移距离超过设定的阈值范围时，车门控制器将立即加大电流以提高直线电机的驱动力，来阻止门扇进一步的非预期滑离，并驱动门扇向到位位置方向移动。持续设定时间后车门控制器自动切换为小电流使保持力回复正常。如果再次遇到坡度导致车体倾斜或车辆过弯，则重复上述过程，如图5所示。