基于单片机对电梯门机控制系统的设计

电梯门机控制系统设计与分析

1.1 电梯门机控制系统运行曲线的设计

门机运行曲线的示意形状如图4-1所示。门机运行曲线按速度分区为:关门力矩保持区A0，开门低速区A1，开门加速区A2，开门高速区A3，开门减速区A4开门末段低速区A5，开门力矩保持区A6，关门低速及加速区A7，关门高速区A8，关门减速区A9，关门末段低速区A10，并且要求高速时速度过渡为光滑的S形曲线，其中高速过渡点为I2，I3，I6和I7。

图1-1 电梯门机理想运行曲线图

1.1.1 门机运行曲线的分段实现

门机正转与反转运行曲线的设计原理是一样的，以下就以电机正转开门的运行曲线设计的实现为例进行讨论。为了论述方便，现以开门减速段的实现方法说明曲线计算过程。设计开门运行曲线时，门机控制系统的速度变化采用如图4-2所示的速度与时间关系。

图1-2 门机系统加减速特性

由上述的时间速度控制可讨论系统运行的位移速度曲线。“S —门位移；t —时间；V —电机的速度；T —速度变化的时间间隔； d V —在T 内的速度变化。在速度下降的过程中，速度从0V 开始下降，则在t 时刻，0()d V t V V t =-⋅，又

()ds

V t dt

=

，则有 01011

2

000

220101011

(t)()2

1

()()()2d d V V V V t V V d d d

S V dt V V t dt V t V t V V V V V V V --==-=-=-=

+-⎰⎰

（4-1）

在一个速度变化时间T 内，01d V V V -=，则

010d ()2(2)2

T S V V V V =+=- （4-2）

由此可知在一个T 内，其中T 由门机的一个程序运行循环时间所确定门位移的距离与0(2)d V V -成正比，当0V 大时则门位移也大，当0V 小时则门位移也小;在

0V 相同的情况下，如果要改变速度下降的快慢，则可改变d V 的大小;同时由以上

的推导可知，系统运行位移S 与电机速度V 是成二次曲线关系，则运行曲线在高速前后的加减速变化是相当平滑的，而且加减速的过程相当迅速。

图4-3 开门运行位移速度曲线

由运行的对称性可知在加速段过程，其位移速度特性与减速段过程相类似，可得开门运行曲线的特性曲线，实际设计的门机控制系统开门运行曲线如图4.3所示，门机系统的关门运行曲线与开门曲线基本成中心对称关系

1.1.2 S曲线加减速过程

很好地实现电机加减速过程的S曲线，可使门机系统具有良好的运行特性，使电梯门开关平稳，减小电机所受的负载冲击，提高系统的可靠性，延长系统的使用寿命。

本设计将电机的加减速过程分为三段，以加速过程为例，第一段采用匀加加速方式，第二段采用匀加速方式，第三段采用匀减加速方式，其工作曲线如图4-4所示。同理对于减速过程也可以分为三个阶段，其加速与减速曲线如图4.5所示。

图4-4 加速过程S曲线

图4-5 加速曲线与减速曲线

下面，以加速过程为例介绍S 曲线的获得。 1.1.3 连续时间下的分段速度表达式

系统中假设匀加加速段(第一段)和匀减加速段(第三段)时间相等，且加加速度值和减加速度值相等。于是有

132t t t =- （4-3）

现分段计算：

（1）初试状态0t =时，有

()

0a(0)0(0)0da t v dt

===，， （4-4） （2）匀加加速段，即10t t <≤时，加速度的变化率为一常数，用()da t dt 来表示加速度的变化率，则有

()b da t dt b =，为一大于零的常数 （4-5）

其中b 是加加速度值，也是减加速度的绝对值，积分可得

00()

()(0)0=b t

t da t a t a dt bdt t dt =+=+⎰

⎰ （4-6） 2001

()(0)()0=b 2

t t v t v a t dt bdt t =+=+⎰⎰ （4-7）

当1t t =时，将1t t =代人式（4-6）和（4-7）得

11()a t bt = （4-8）

2111

()2

v t bt = （4-9）

（3）匀加速段，即12t t t <≤

11()()a t a t bt == （4-10）

11

22211111111

()()()22t

t t t v t v t a t dt bt bt dt bt bt t bt =+=+=+-⎰⎰

2111

2

bt t bt =- （4-11）

当2t t =时，分别代人（4-10）和（4-11）可得

21()a t bt = （4-12）

221211

()2

v t bt t bt =- （4-13）

（4）匀减加速

()da t dt b =- （4-14）

22211123()

()()()t

t t t da t a t a t dt bt b dt dt

bt bt bt bt bt

=+=+-=++=-⎰

⎰ （4-15） 22

23212131

()()()()2

t t t t v t v t a t dt bt t bt bt bt dt =+=-+-⎰⎰

2212132232111

222

bt t bt bt t bt bt t bt =-+--+

222213132111

()222

bt t t bt bt t bt bt =--+-+

222312111

222

bt t bt bt bt =--- （4-16）

当3t t =时，分别代人（4-15）和（4-16）

3()0a t = （4-17）

2223312111

()222

v t bt bt bt =-- （4-18）

以上得出了匀加加速段调速过程的加速度式和速度式。 1.1.4 连续S 曲线的离散化

若将S 曲线加速/减速过程按时间平均分为20段，即320t =，包括起点在内，共有21点。为了使电机加速/减速具有良好的特性，可将匀加加速段和匀减加速段适当取长一些，系统中18t =,212t =，即匀加加速段和匀减加速段分别占8个时间段，而匀加速段占4个时间段。加速度变化率的绝对值b 是一系数，为方便分析，取1b =。

以上参数定好后，带入前面所得各式，可求出各时间点的速度值，以5t =点为例，该点位于第一段，按第一段所得表达式计算。

22111

(5)1512.522

v bt ==⨯⨯= （4-19）

为方便数字量的存储，将计算出的速度乘以2，使之为整数。各速度点的对