直线电机自动门控制系统设计

论文总字数：22882字

摘 要

16012231 崔晗

指导教师 余海涛

随着经济的快速发展,自动门已经成为了许多商场酒店写字楼的必备设施。因此本文对高性能自动门控制系统进行了研究。本文用Matlab中的Simulink仿真功能，研究设计了直线电机自动门控制系统。对永磁直线同步电机(PMLSM)的原理进行了分析，直线电机等效于将永磁同步电机沿圆周平铺展开的，其速度与电源频率和极距有关。通过数学方法建立直线电机的数学模型。本文运用SVPWM驱动电机，在自动门的应用中，针对自动门的特点进行逻辑设计并与PID控制相结合。本课题所设计的直线电机控制系统中的控制指令是通过C 程序进行无线传输仿真的。在Simulink的直线电机仿真中，测试了直线电机的加速和制动性能，符合自动门的应用要求。自动门系统仿真结果显示，直线电机自动门具有开关门响应快速，停止位置准确的优点。在系统安全方面，通过检测三相电流的有效值判断是否遇到障碍物，从而使电机立即停止，防止伤害行人和损坏电机，提高了自动门的安全性。除此之外，本设计还有一些具有实际使用价值的功能如锁门功能，打烊模式等等。

关键词：永磁直线同步电机，自动门，比例积分微分控制，空间矢量脉宽调制，无线控制

Abstract

With the rapid development of the economy, automatic door has become a important facility of malls, hotels and office buildings. Therefore, the high performance automatic door controller is studied in this paper. In this paper, the automatic door controller based on linear motor is designed by using Simulink of Matlab. Theory of linear motor is analyzed, concluding that linear motor is equivalent to permanent magnet synchronous motor (PMSM) expanding along the circumference. The speed of PMLSM is related to power source frequency and polar distance. The mathematical model of linear motor is established in Simulink. In this paper, linear motor is driven by SVPWM. The control strategy combines the characteristics of automatic door with PID method. In the simulation of linear motor in Simulink, the acceleration and braking performance of the linear motor is tested, satisfying the request of the application of automatic door. The simulation results of automatic door controller show that the automatic door system has the advantages of quick opening and closing response and accurate stop position. In the system security, by detecting the effective value of the three-phase current, the existence of an obstacle can be detected so that the motor immediately stops to prevent damage to pedestrians and motor, ensuring that the system can operate safely and reliably. Apart from that, the system is equipped with some practical functions such as lock door function, closing mode and so on.

Keywords: PMLSM, automatic door, PID, SVPWM, wireless control,

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 直线电机控制技术的研究现状 1

1.2.2 我国自动门行业发展现状 2

1.3 系统结构设计与功能介绍 2

1.4 论文组织结构 3

第二章 直线电机基本原理 5

2.1 直线电机基本结构 5

2.2 直线电机运行原理 6

2.3 永磁直线电机的数学模型 6

2.3.1 永磁同步直线电机的坐标变换 7

2.3.2 永磁同步直线电机的数学模型(d-q解耦) 8

2.4 本章小结 11

第三章 基于PID的电机控制研究 13

3.1 PID控制器原理 13

3.2 数字PID控制算法 14

3.3 PID控制器实现 17

3.4 本章小结 18

第四章 SVPWM驱动研究 19

4.1 SVPWM驱动原理 19

4.2 SVPWM的技术实现 19

4.3 本章小结 24

第五章 无线信号指令传输 25

5.1 短距离无线传输技术介绍 25

5.1.1 蓝牙 25

5.1.2 ZigBee 25

5.1.3 超宽带 26

5.1.4 Wi-Fi 26

5.1.5 几种短距离无线通信技术的比较 27

5.2 无线信号控制指令仿真 27

5.2.1 信号采集模块 27

5.2.2 信号发送模块 28

5.2.3 信道模块 28

5.2.4 信号接收模块 29

5.3 本章小结 29

第六章 直线电机自动门系统仿真 31

6.1 直线电机自动门系统模型 31

6.2 仿真结果 32

6.2.1 直线电机特性仿真 33

6.2.2 永磁同步直线电机的坐标变换 34

6.3 C 程序测试 38

6.3.1 无线传输测试 38

6.3.2 传感器测试 38

6.4 本章小结 39

第七章 总结与展望 41

7.1 总结 41

7.2 展望 41

致谢 43

参考文献 45

绪论

研究背景

随着我国经济水平的快速提升，人们开始追求更高的生活品质。自动门作为智能化建筑中的一个重要部件，极大地方便了人们的通行，其重要性不言而喻。在酒店、商场、银行和写字楼等场所，自动门已经成为标准配备。

自动门给人们带来的不仅是解放了双手，还具有阻隔灰尘、减小外界噪音干扰、节约电能和美化出入口环境等功能。近年来中国的“城市建设”的浪潮席卷全国大小城市，在这一环境下，自动门业的发展前景十分广阔，中国已经成为世界上自动门用户最多的国家之一。然而自动门市场上大量的国外品牌纷纷涌入，这些产品虽然性能优异，但价格过高。相比而言国产自动门的质量较差，价格低廉。研究设计出一款性价比高的国产自动门产品成为一个必要的任务。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：22882字