地铁屏蔽门控制系统的设计

论文摘要

我国轨道交通事业发展迅速,地铁已经成为人们生活中重要的交通工具之一,然而轨道交通车站站台的安全事故屡见不鲜，且运营能耗巨大。地铁站台屏蔽门系统凭借其与站台土建结构的接口与车站站台融为一体,完美的解决了站台的安全与能耗问题,因此地铁屏蔽门系统成为当前轨道交通发展的热点问题之一。作为屏蔽门系统中的关键性部分,屏蔽门控制系统已经得到了广泛应用。本论文的主要工作是研制出一种集屏蔽门电机的驱动控制和屏蔽门的逻辑控制于一体的控制系统,对地铁屏蔽门控制系统的硬件组成以及软件实现方法进行了研究。本论文完成了屏蔽门控制系统的硬件电路设计,包括电源模块、控制模块、驱动模块的设计。控制单元以PHILIPS公司的LPC2129微控制器为核心,设计了输入输出接口电路、通信电路、外部存储器电路以及看门狗电路等；驱动模块以Altera公司的复杂可编程逻辑器件EPM2410T100为核心,设计了三相逆变桥驱动电路、过流检测电路、速度检测电路等。本论文基于LPC2129 ARM7控制器设计出了屏蔽门的控制任务程序,主要包括门宽参数自学习程序、防挤压程序、开关门过程控制程序、CAN总线通信程序、PID算法程序等。本文利用电机电枢绕组电流与电机电磁转矩、电机转速三者之间的关系,通过检测电枢绕组电流实现了屏蔽门系统的防挤压功能,设计了系统的基于CAN总线的网络通信系统,实现了系统的监测功能,采用不完全微分增量式PID算法对门速进行闭环反馈控制,使系统能够平稳运行。实践证明,本文所设计的屏蔽门控制系统工作稳定,精度较高,完全能够满足目前的推广应用要求

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景、目的和意义
• 1.2 国内外屏蔽门控制系统研究应用现状
• 1.3 课题来源和研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 研究内容
• 2 系统总体方案设计
• 2.1 屏蔽门控制系统的总体构成
• 2.1.1 门控单元（DCU）
• 2.1.2 中央接口盘（PSC）
• 2.1.3 就地接口盘（PSL）
• 2.2 系统功能
• 2.2.1 系统的控制功能
• 2.2.2 系统的监测功能
• 2.3 微控制器和电机的选型
• 2.3.1 微控制器选型
• 2.3.2 电机选型
• 2.4 无刷直流电机驱动控制原理
• 2.4.1 无刷直流电机的结构和工作原理
• 2.4.2 无刷直流电机的调速特性及正反转
• 2.4.3 无刷直流电机的控制
• 2.4.4 速度反馈PID基本控制原理
• 2.5 本章小结
• 3 系统硬件电路设计
• 3.1 电源模块的设计
• 3.1.1 电平变换电路
• 3.1.2 基准电压变换电路
• 3.2 控制模块的设计
• 3.2.1 ARM7微控制器LPC2129
• 3.2.2 控制面板接口电路
• 3.2.3 看门狗电路
• 3.2.4 外部存储器
• 3.3 驱动模块的设计
• 3.3.1 脉冲分配CPLD
• 3.3.2 功率驱动电路
• 3.3.3 过流检测电路
• 3.4 本章小结
• 4 系统软件设计
• 4.1 系统初始化程序
• 4.2 门宽参数自学习程序
• 4.3 屏蔽门控制程序
• 4.3.1 正常操作
• 4.3.2 防挤压功能
• 4.4 开关门过程控制程序
• 4.5 CAN总线通信程序
• 4.5.1 应用层协议
• 4.5.2 CAN控制器初始化
• 4.5.3 报文发送和报文接收
• 4.5.4 异常情况处理
• 4.6 不完全微分增量式PID算法
• 4.7 本章小结
• 5 屏蔽门控制系统的实验
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 门控单元电路图
• 附录B 防挤压程序