动车组自动端门优化控制

【摘要】随着改革开放的进一步深化和经济产业结构的调整，大规模的人口流动和货物流通促使了我国铁路行业的高速发展。从1997年至今，全国铁路已经经历了六次大范围提速，达到了时速300～350公里。我国已经具备研制高速动车组的能力并且已经批量生产投入运营，高速动车组已经变成越来越重要交通工具。高速动车组的快速与大客量运输的特点要求必须重视高速轨道车辆的可靠性和安全性。动车组自动端门作为车辆的重要组成部分，其安全性和可靠性与乘客的切身利益息息相关，是动车组整体的安全性能的保障。随着动车组的高速发展，自动门控制系统的性能也在不断的提升。动车组长时间的高振动、高噪声、强干扰的工作环境决定了自动门控系统必须具备很好的抗干扰能力及安全性能。动车组自动端门控制系统的核心是直流电机的调速控制。通过控制直流电机正转与反转，调节电机的加速与减速，实现自动门的开门和关门动作。为实现自动门的平稳开关运行，文章重点分析了动车组门控系统的硬件电路，以分析直流电机工作原理为中心，建立电机输出转速与电源电压和负载转矩的传递函数。明确了影响电机输出转速的干扰量，为最终实现自动端门的优化控制奠定了基础。针对动车组自动门运行平稳性的要求，文章主要分析了包括直流电机供电电压波动、机械负载差异在内的干扰因素。将电机输出转速与负载阻力和驱动脉冲电压占空比的函数关系式离散化转化为数字量，利用单片机dsPIC30f5015进行数字化控制。再根据模糊-PID混合控制调速策略，调节和修正驱动信号PWM占空比，解决供电电压波动以及机械负载误差对自动门平稳运行的影响。针对动车组自动门运行安全性的问题，文章从自动门的防挤压功能，自锁紧功能，提高环境抗干扰能力三方面等切实关系旅客的人身安全出发，研究控制系统的安全性。自动门的防挤压功能核心就是确定防挤压门限，优化控制方法摒弃了传统的自动门防挤压利用压力传感器检测挤压力的方法，利用光电编码器将电机的转速信息转化为数字量，使自动门的机械结构更为简单，同时数字化的控制使检测自动门防挤压力的灵敏度更高；电机的自锁紧优化控制方法是使用数字化的位移增量检测方法，利用光电编码器主动检测位移变化替代限位开关被动检测，减小自动门之间的间隙，提高自动门自锁紧控制精度与灵敏度；针对振动与噪声环境干扰对信号采集电路的影响，分别增加系统自检算法以及按键开关防抖动的控制方法。综合三种方法以提高动车组自动端门的整体安全性。文章通过MATLAB/SIMULINK软件，利用模糊控制,建立了直流电机控制系统的仿真模型并进行仿真，在线实时改变控制系统的输入量供电电压，直观反映出不同电压波动下，模糊控制系统对直流电机调控作用，为实验提供理论依据。通过动车组自动门控制系统整体实验平台，利用模糊-PID混合算法控制自动门运行，直观的观察到自动门控制的各项功能是否满足要求，将自动门运行过程中的速度信息、开关门时间以及防挤压力的大小采集下来，并绘制出图形，验证系统的平稳性和安全性。
【作者】孙小温；
【导师】高印寒；
【作者基本信息】吉林大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】动车组；自动门；控制系统；dsPIC30f5015；模糊-PID；直流电机；

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