新型高铁塞拉门控制系统设计与实现

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高铁因其运行速度快、准点率高、乘坐环境舒适等优点,已经成为我国重点发展的交通工具。目前,随着工业控制技术的飞速发展,高铁领域对国产化塞拉门控制系统的开发提出了更高的要求。本课题来源于新型高铁塞拉门控制系统的研发项目,旨在改进现有的塞拉门控制系统,研制出稳定性更高、控制算法更优良且具有市场竞争力的国产化塞拉门控制系统。本文首先介绍了塞拉门控制系统的构成及功能需求,针对反电动势为正弦波的门控电机,采用矢量控制取代方波控制以提高控制性能,并完成了塞拉门控制系统的整体方案设计。其次对塞拉门控制系统涉及的关键算法进行深入研究。针对使用霍尔传感器作为位置传感器的矢量控制系统,阐述了相应的转速计算及转子位置估算算法;针对速度环采用PI控制的无刷直流电机矢量控制系统存在超调量大、响应时间长、抗干扰能力差的问题,将变论域思想引入到模糊PI控制中,研究了一种变论域模糊PI控制算法。仿真实验结果表明,速度环使用变论域模糊PI控制可使得整个电机控制系统转速超调量小、动态响应快且抗干扰能力强。随后根据功能需求完成整个塞拉门控制系统的软硬件设计,硬件上设计了基于STM32F407的硬件电路,主要包括主控电路、电源电路、输入和输出电路、电机驱动电路及通信电路等,给出了各电路原理图并详细介绍了各电路的器件选型及工作原理;软件上分为车门运动控制、故障诊断、电机驱动及通信这四个模块进行设计,详细阐述了整个软件系统的运行流程及各功能子程序的功能原理,并设计了对应的功能流程图。最后通过搭建实验平台,对所设计的塞拉门控制系统进行测试,分为电机空载测试和门控系统核心功能测试两部分完成。实验结果表明,本文设计的塞拉门控制系统功能完善且算法优良,在高铁塞拉门控制领域有较好的发展前景。
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