控制工程硕士论文：电动单开塞拉门门控系统设计与开发 - 控制工程

控制工程硕士论文：电动单开塞拉门门控系统设计与开发 - 控制工程 门控系统地铁司机室门含糊PID控制摘 要:随着城市化进程的不断加快，城市人口规模逐年增加，为了能够缓解由于人口激增而导致的拥堵问题，各大城市都在竭力地开展轨道交通，而地铁成为了缓解城市交通的首要选择。目前，地铁司机室门大都为手动门，其故障率较高，极大地降低了地铁运行的可靠性指标。针对以上问题，本文设计了一种电动单开塞拉门控制系统，旨在提高地铁司机室门控制的可靠性，确保地铁司机的平安以及地铁的顺利运行。首先，介绍了司机室电动单开塞拉门控制系统设计的意义，并且分析了国内外关于轨道车辆门控系统的研究现状，确定了主要研究和设计内容。在此根底上，提出了地铁司机室门控制系统的总体设计要求，给出了了地铁司机室门控制系统的总体设计计划，从功能、性能以及信息三个方面进行了地铁司机室门控制系统的需要分析。提出了司机室电动单开塞拉门控制系统的驱动装置和传动装置的总体设计计划以及司机室门控制系统的机械和控制局部设计计划。其次，研究了无刷直流电机的控制模型以及控制系统的硬件设计办法，在电动双开门的根底上设计了司机室电动单开塞拉门的硬件控制系统。本文分别设计了用于门控系统的控制电路、控制电机的驱动电路以及基于整个系统的爱护电路。基于混沌优化遗传算法的含糊控制PID技术，实现无刷直流电机的控制，并且设计了相应的算法流程，通过仿真分析结果可知，该控制技术具有更好的控制效果。最后，确定了软件的开发平台，进行了电动单开塞拉门控制系统的软件设计，包括控制系统的启动、爱护和开关门功能、紧急解锁功能、防挤压功能以及门系统隔离功能，并且设计控制系统的软件设计主程序和CAN通信接口程序。目前，该结构的门系统已经正式投产，并进行运营，相关数据和可靠性正在进一步收集。关键词：门控系统 地铁 司机室门 含糊PID控制ABSTRACT:Along with the development of city, city population increasing, in order to alleviate the traffic problem caused by the increase of population, the construction of the subway has been focused on the failure of subway cab door was higher, the efficiency is not conducive to the subway, in order to improve the safety and reliability of subway cab door, a electric single cab door control system is designed, which can improve the effect of subway cab door control, ensure the safety of drivers, to ensure the smooth running of the subway.First of all, this paper analyzes the significance of the design of subway single door cab control system, and analyzes the current research status of the railway vehicle door control system at home and abroad, and confirms the main content of the research.Secondly, the overall design scheme of subway cab door control system is put forward. The system analysis of subway cab door control system is carried out from three aspects of function, performance and information. The overall design requirements of subway cab door control system are put forward. Put forward the overall design scheme, a driving device and a transmission device for subway electric single cab door control system. Finally, this paper discusses the mechanical and control design of Subway electric single cab door control system.Again, the design of Subway electric single cab door control system hardware, the hardware control model and the design method of control system of Brushless DC motor, the Subway electric single cab design system of rail door control hardware, design drive circuit, control circuit and protection circuit.Then, the design of Fuzzy Chaotic Genetic Algorithm to optimize the control based on PID technology, is used to control the brushless DC motor, and design the corresponding algorithm, the simulation results showed that the control effect of this control technique has better.Finally, the software design of Subway electric single cab door control system, the software development platform, designed to protect the starting function, function, control system function, opening and closing function, emergency unlocking function, anti extrusion function and isolation function, design and software design of main program and CAN communication program control system.KEYWORDS: door control system; Subway; Cab door; Fuzzy PID control 目 录摘 要IABSTRACTII第1章绪 论11.1课题研究背景及其意义11.2国内外研究进展11.3研究内容41.4本章小结5第2章司机室门门控系统的总体设计计划62.1司机室门门控系统的需求分析62.2门控系统的总体设计要求72.2.1司机室电动单开塞拉门的主要技术参数和设计规范72.2.2电动单开塞拉门控系统的设计的根本原那么82.2.3电动单开塞拉门控系统的设计功能要求82.3电动单开塞拉门门控系统的总体设计计划92.3.1驱动装置92.3.2传动装置142.4司机室电动单开塞拉门控系统的组成142.4.1司机室电动单开塞拉门控制系统的机械局部142.4.2司机室电动单开塞拉门控制系统的控制局部172.5本章小结21第3章司机室电动单开塞拉门控系统的硬件设计223.1司机室电动单开塞拉门控制系统中无刷直流电机的控制模块223.1.1无刷直流电机的控制模型223.1.2无刷直流电机的控制系统硬件设计273.2司机室电动单开塞拉门控制系统的硬件设计303.3本章小节36第4章无刷直流电机的含糊PID控制374.1含糊PID控制器的设计374.2基于混沌优化遗传算法的含糊PID控制技术414.3无刷直流电机含糊PID控制仿真434.4控制计划比拟454.5本章小节47第5章司机室电动单开塞拉门控制系统的功能设计485.1司机室电动单开塞拉门控制系统软件开发平台485.2司机室电动单开塞拉门控制系统功能495.2.1控制系统的启动495.2.2控制系统的零爱护功能495.2.3控制系统的开门功能505.2.4控制系统的关门功能525.2.5控制系统的紧急解锁功能545.2.6控制系统的防挤压功能555.2.7控制系统的门隔离功能12门控系统地铁司机室门含糊PID控制565.3电动单开塞拉门门控制系统软件流程575.3.1控制系统软件设计主程序575.3.2控制系统CAN通信接口程序575.4本章小结58第6章试验和验证596.1试验验证要求596.2型式试验结果与分析596.3装车运营考核试验61第7章结论与展望627.1结论627.2展望62参考文献64攻读硕士学位期间的科研成果66致 谢67第1章 绪 论 1.1课题研究背景及其意义目前，随着我国城镇化进程的不断深化，城市传统交通的拥堵环境已经无法满足城镇化进展的根本要求。开发具有平安、绿色和快速的特点城市轨道交通，能够有效地改善城市拥堵的现状，给未来城市的开展营造一个良好交通环境。近年来许多城市正在发展轨道交通工程，致力于解决城市交通的窘境，从而有利于我国的城镇化进程。截止到2022年年底，我国的北京、上海、广州、深圳、成都、南京、天津、武汉、杭州等29个城市拥有城市轨道交通运营专线，一共有129条轨道交通运营专线，运营专线的总长为3832km。我国城市轨道交通线路主要以地铁为主，2022年地铁占比到达了83.95%，轻轨里程到达了233km，占比为6.10%，现代有轨电车、磁悬浮、APM以及单轨交通线路的占比分别为5.81%，1.36%，0.10%和2.54%。从以上数据可以看出，我国城市轨道交通正处于快速开展时期1-5。在地铁车辆中，司机室门系统是地铁交通门系统的重要组成局部。现有的地铁司机室门均为手动门，其开启与关闭次数几乎与较客室门相同。由于司机经常对门系统进行暴力操作，导致司机室门系统在地铁运行阶段故障率一直较高，不利于车辆的正常运行，因此，开展地铁电动司机室门的愿望被多家地铁公司看好。以往的司机室门有手动单开塞拉门、手动单开内藏移门、手动单开铰链门。由于各个司机的操作习惯不一样，有的司机能够保护公物，操作门系统时，按照文件的相关要求操作操作力小于60N，有些司机那么是对门系统进行暴力操作，开关门时，经常甩门局部隔着一个车辆都能听到司机的关门声音，此时，门系统忽然由运动变为静止，其惯性很大，导致门系统承载局部的收到的冲击很大，从而导致故障率较高。目前，地铁的客室门脯片采用电动双开塞拉门和电动双开内藏移门，而司机室门却一直采用手动门，没有电动门。因此，需要设计一个电动单开塞拉门，从而将传统的手动单开塞拉门放弃，以提高其可靠性。改为电动单开塞拉门后，由于门系统的开启和关闭均通过电机完成，因此其开关门力一般比拟稳定，从而减少门系统对机构的冲击6。1.2国内外研究进展目前，城市轨道车辆车客室门体统主要包括电控气动和电控电动，而司机室系统根本以手动为主，局部自动型的门系统也大多以弹簧或12