專利名稱：軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動化控制、電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
由于城市軌道交通具有運(yùn)量大、速度快、安全、準(zhǔn)點(diǎn)、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源和用地等特點(diǎn)，軌道交通行業(yè)得到了的迅猛發(fā)展，特別是地鐵和輕軌車輛的快速發(fā)展，對于軌道車輛客室門的安全性和可靠性的要求也越來越高。軌道交通客室門的開關(guān)門時間、開關(guān)門力、障礙物檢測等方面的性能，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(EW4752等)有著明確嚴(yán)格的規(guī)定。目前，城市軌道交通車輛多采用電控電動客室門，客室門系統(tǒng)由門扇、機(jī)械機(jī)構(gòu)(包括驅(qū)動裝置，傳動裝置，承載導(dǎo)向裝置，鎖閉裝置，門隔離裝置等)和門控制器組成，由安裝在車門頂左端(或右端)的驅(qū)動裝置提供運(yùn)動動力，驅(qū)動裝置為無刷直流電機(jī)(BLDC)，客室門驅(qū)動裝置通過連軸節(jié)和絲桿螺母傳動機(jī)構(gòu)相連帶動門扇運(yùn)動，接收門控制器的控制信號，實現(xiàn)門扇的開關(guān)運(yùn)動，是整個客室車門系統(tǒng)的關(guān)鍵功能部件，它的性能水平對門系統(tǒng)的安全性和可靠性提高有著關(guān)鍵作用。
國內(nèi)有關(guān)軌道交通關(guān)客室門各功能部件性能檢測實驗起步較晚，對門系統(tǒng)的檢測還不完善，有的塞拉門綜合實驗臺是通過對門控制器輸入不同信號，模擬門控制器的各個輸入條件和狀態(tài)，檢測相應(yīng)的輸出信號來實現(xiàn)對門控制器的檢測；對氣動塞拉門的氣缸的阻力性能和保壓性能進(jìn)行檢測(龐元鳳，孟艷紅，王振欣.客車塞拉門元件綜合試驗臺的研制.鐵道車輛，2005年12月);有的移動測試系統(tǒng)需要到現(xiàn)場手工對車輛門控器輸入要求電壓或電流，控制塞拉門的動作，然后用萬用表對軌道交通車輛門控器一些相關(guān)位置的電阻、電容、電壓、電流進(jìn)行測試，對門控器故障做出定性分(丁興崗，陳明學(xué)，胡鵬.城市軌道交通車輛門控器移動測試系統(tǒng)的研制.城市軌道交通，2007年第2期)。以上檢測多是針對門控制器以及較早使用的電控氣動塞拉門的驅(qū)動氣缸的檢測，但對于目前在城軌車輛上廣泛使用的電控電動客室門的驅(qū)動裝置，尚未有專門的模擬實驗與性能檢測的系統(tǒng)平臺。在軌道交通客室門系統(tǒng)各功能部件的檢測過程中，如何驗證客室門驅(qū)動裝置的性能成為一個難題，因為在沒有投入使用的情況下，驅(qū)動裝置的外部負(fù)載不真實，實物實驗不僅要根據(jù)不同的使用環(huán)境來制作不同型號的門扇進(jìn)行現(xiàn)場測試，成本高，通用性差，而且降低了檢測效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測系統(tǒng)及其方法，能在實驗室條件下真實模擬客室門在開啟、關(guān)閉和障礙物檢測過程中，驅(qū)動裝置所受的負(fù)載，提供精確的模擬環(huán)境，進(jìn)而對其進(jìn)行性能檢測，這樣可以方便快捷的獲取實驗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的可靠性高，實驗效率高，可重復(fù)性好，從而達(dá)到對驅(qū)動裝置的性能作出準(zhǔn)確評估，節(jié)省人力、物力和財力目的。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測系統(tǒng)及其方法，包括振動傳感器、光電編碼器、轉(zhuǎn)矩傳感器、主軸制動器、系統(tǒng)控制器、上位機(jī)，振動傳感器、光電編碼器、轉(zhuǎn)矩傳感器作為檢測元件，分別和系統(tǒng)控制器電氣連接，為系統(tǒng)控制器提供實時檢測反饋數(shù)據(jù)，振動傳感器安裝在門驅(qū)動電機(jī)的外殼上，檢測模擬實驗過程中門驅(qū)動電機(jī)的振動數(shù)據(jù)，光電編碼器、轉(zhuǎn)矩傳感器、主軸制動器依次安裝在伺服電機(jī)的輸出軸上，主軸制動器對門驅(qū)動電機(jī)輸出軸制動，門驅(qū)動電機(jī)通過電氣方式和門控制器連接，該門驅(qū)動電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器和伺服電機(jī)的輸出軸連接，光電編碼器檢測門驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度信號，轉(zhuǎn)矩傳感器用于測量輸出軸上的合力矩；伺服驅(qū)動器分別與系統(tǒng)控制器、伺服電機(jī)通過電氣信號連接，伺服驅(qū)動器接收系統(tǒng)控制器發(fā)送的電壓信號，并根據(jù)電壓信號的大小控制伺服電機(jī)的電流矢量，輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)矩，加載到門驅(qū)動電機(jī)軸上，模擬門驅(qū)動電機(jī)在開門、關(guān)門和障礙物檢測工作過程中受到的阻力矩；上位機(jī)通過串行通信接口向系統(tǒng)控制器發(fā)送門扇在不同位置、不同速度情況下門驅(qū)動電機(jī)受力的載荷曲線數(shù)據(jù)，所述曲線數(shù)據(jù)通過對不同型號客室門系統(tǒng)的實物實驗的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)獲得；同時，上位機(jī)和門控制器通過電氣信號相連，向門控制器發(fā)送開門或關(guān)門觸發(fā)信號，使門驅(qū)動電機(jī)開始工作。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(1)安裝在門驅(qū)動電機(jī)軸上的伺服電機(jī)代替了客室門系統(tǒng)中的門扇、傳動裝置、承載導(dǎo)向裝置、鎖閉裝置、門隔離裝置等機(jī)械機(jī)構(gòu)，可以在實驗室條件下真實準(zhǔn)確的模擬客室門在開啟、關(guān)閉、障礙物檢測過程中驅(qū)動裝置所受阻力載荷的情況，裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可控性好。(2)本發(fā)明可以在開門、關(guān)門、障礙物檢測模擬過程中，通過檢測元件獲得各種實驗數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)信息整理生成開門(關(guān)門)時間、 開門(關(guān)門)速度、開門(關(guān)門)加速度、開門(關(guān)門)力、門驅(qū)動電機(jī)振動曲線等性能數(shù)據(jù)曲線， 實現(xiàn)驅(qū)動裝置性能的有效檢測，和現(xiàn)場實物實驗測試相比，提高了實驗檢測效率，節(jié)省了大量的人力、物力和時間，具有良好的應(yīng)用前景。(3)通過在上位機(jī)中設(shè)定所要測試客室門的型號，改變不同的模擬開關(guān)門載荷曲線，即可測試不同型號軌道交通客室門驅(qū)動裝置的性能，通用性好，可重復(fù)性高。(4)上位機(jī)中的數(shù)據(jù)庫對各項測試結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲，以便查詢、對比分析，為門驅(qū)動裝置的設(shè)計提供參考。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明的軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)框圖。圖3是開門、關(guān)門過程門驅(qū)動裝置的性能檢測流程框圖。圖4是障礙物檢測過程門驅(qū)動裝置的性能檢測流程框圖。
具體實施例方式結(jié)合圖1，本發(fā)明由被測系統(tǒng)I、控制檢測系統(tǒng)II、模擬測試系統(tǒng)III組成；模擬測試系統(tǒng)III代替了客室門系統(tǒng)中的門扇、傳動裝置、承載導(dǎo)向裝置、鎖閉裝置、門隔離裝置，通過伺服電機(jī)6模擬不同型號客室門在開啟、關(guān)閉、障礙物檢測時驅(qū)動裝置受到的真實阻力矩，實時精確的加載到處于上述工作狀態(tài)的被測系統(tǒng)I的門驅(qū)動電機(jī)1軸上，同時，控制檢測系統(tǒng)II檢測出驅(qū)動裝置在上述工作過程中的各種數(shù)據(jù)，并將所得的數(shù)據(jù)整理后輸出，使技術(shù)人員對驅(qū)動裝置的性能有全面了解，而實現(xiàn)了在實驗室條件下對軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測。所述被測系統(tǒng)I包括門驅(qū)動電機(jī)1、門控制器10。門驅(qū)動電機(jī)1即電控電動客室門的驅(qū)動裝置，為無刷直流電機(jī)BLDC，通過電氣方式和門控制器10連接，輸出軸通過聯(lián)軸器2和伺服電機(jī)6機(jī)械連接，門控制器10即軌道交通客室門的控制器，本身自帶開門、關(guān)門等控制程序，每個門控制器控制一個車門，接收上位機(jī)9發(fā)送的開關(guān)門觸發(fā)信號后，由自身控制程序控制門驅(qū)動電機(jī)1轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩和正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)客室門在實際開啟、關(guān)閉過程中門驅(qū)動電機(jī)的工作狀態(tài)。所述控制檢測系統(tǒng)II包括振動傳感器11、光電編碼器3、轉(zhuǎn)矩傳感器4、主軸制動器5、系統(tǒng)控制器8、上位機(jī)9，振動傳感器11、光電編碼器3、轉(zhuǎn)矩傳感器4作為檢測元件，分別和系統(tǒng)控制器8電氣連接，為系統(tǒng)控制器8提供實時檢測反饋數(shù)據(jù)，振動傳感器11安裝在門驅(qū)動電機(jī)1的外殼上，檢測模擬實驗過程中門驅(qū)動電機(jī)1的振動數(shù)據(jù)，光電編碼器3、轉(zhuǎn)矩傳感器4、主軸制動器5依次安裝在伺服電機(jī)6的輸出軸上，主軸制動器5對門驅(qū)動電機(jī) 1輸出軸制動，門驅(qū)動電機(jī)1通過電氣方式和門控制器10連接，該門驅(qū)動電機(jī)1的輸出軸通過聯(lián)軸器2和伺服電機(jī)6的輸出軸連接，光電編碼器3檢測門驅(qū)動電機(jī)1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度信號，轉(zhuǎn)矩傳感器4用于測量輸出軸上的合力矩；伺服驅(qū)動器7分別與系統(tǒng)控制器8、伺服電機(jī)6通過電氣信號連接，伺服驅(qū)動器7接收系統(tǒng)控制器8發(fā)送的電壓信號，并根據(jù)電壓信號的大小控制伺服電機(jī)6的電流矢量，輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)矩，加載到門驅(qū)動電機(jī)1軸上，模擬門驅(qū)動電機(jī)1在開門、關(guān)門和障礙物檢測工作過程中受到的阻力矩；上位機(jī)9通過串行通信接口向系統(tǒng)控制器8發(fā)送門扇在不同位置、不同速度情況下門驅(qū)動電機(jī)1受力的載荷曲線數(shù)據(jù)，所述曲線數(shù)據(jù)通過對不同型號客室門系統(tǒng)的實物實驗的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)獲得；同時，上位機(jī)9和門控制器10通過電氣信號相連，向門控制器10發(fā)送開門或關(guān)門觸發(fā)信號，使門驅(qū)動電機(jī)1開始工作。上位機(jī)9提供有好的人機(jī)界面，控制界面是由VB制作，在控制界面上選定測試客室門的型號后(主要有內(nèi)藏門、塞拉門、外掛門等)，通過串行通信接口向系統(tǒng)控制器8發(fā)送門扇在不同位置、不同速度情況下驅(qū)動裝置受力的載荷曲線數(shù)據(jù)，所述曲線數(shù)據(jù)通過對不同型號客室門系統(tǒng)的實物實驗的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)獲得。上位機(jī)9中存儲的驅(qū)動裝置不同的受力載荷曲線數(shù)據(jù)，可以方便的測試不同型號軌道交通客室門驅(qū)動裝置的性能。振動傳感器11、光電編碼器3、轉(zhuǎn)矩傳感器4作為本系統(tǒng)中的檢測元件，和系統(tǒng)控制器8電氣連接，為系統(tǒng)控制器8提供實時檢測反饋數(shù)據(jù)，對驅(qū)動裝置的性能檢測打下了基礎(chǔ)。振動傳感器11安裝在門驅(qū)動電機(jī)1的外殼上，檢測模擬實驗過程中門驅(qū)動電機(jī)的振動數(shù)據(jù)，光電編碼器3、轉(zhuǎn)矩傳感器4、主軸制動器5安裝在伺服電機(jī)6的輸出軸上，光電編碼器3檢測門驅(qū)動電機(jī)1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度信號，選用美國ENCODER PRODUCTS公司EPC-755A光電編碼器，具有校正基準(zhǔn)信號，可實現(xiàn)雙向計數(shù)。轉(zhuǎn)矩傳感器4選用三晶公司的JN338-200F 型智能數(shù)字式轉(zhuǎn)矩傳感器，在測試模擬系統(tǒng)中用于測量傳動軸上的合力矩。所述模擬測試系統(tǒng)III包括伺服電機(jī)6、伺服驅(qū)動器7。伺服驅(qū)動器7和系統(tǒng)控制器8、伺服電機(jī)6通過電氣信號連接，伺服驅(qū)動器7接收系統(tǒng)控制器8發(fā)送的電壓信號，并根據(jù)電壓信號的大小控制伺服電機(jī)6的電流矢量，輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)矩，加載到門驅(qū)動電機(jī)1 軸上，模擬門驅(qū)動電機(jī)1在開門、關(guān)門和障礙物檢測工作過程中受到的阻力矩，代替了客室門系統(tǒng)中的門扇、傳動裝置、承載導(dǎo)向裝置等加載到門驅(qū)動電機(jī)1上的阻力矩。為了真實模擬驅(qū)動裝置在實際工作中實時變化的開關(guān)門阻力，便于對驅(qū)動裝置進(jìn)行性能檢測，需要伺服電機(jī)有較高的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度。選用DANAHER MOTION公司的SERV0STAR 670伺服驅(qū)動器， 可方便的調(diào)整各種參數(shù)，實現(xiàn)指令輸入，信號輸出，同時該伺服驅(qū)動器使用了直接轉(zhuǎn)矩控制 (DTC)技術(shù)，滿足本系統(tǒng)對于伺服電機(jī)控制的要求。結(jié)合圖2，系統(tǒng)控制器8是整個模擬實驗與性能檢測系統(tǒng)的控制中心，它包括CPU 單元、UART串行通信接口模塊、捕獲端口模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、SD卡、復(fù)位電路、實時時鐘、FLASH、SRAM, JTAG接口模塊，UART串行通信接口模塊、捕獲端口模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、SD卡、復(fù)位電路、實時時鐘、FLASH、SRAM, JTAG接口模塊分別與CPU 單元連接，振動傳感器11、轉(zhuǎn)矩傳感器4與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，主軸制動器5、伺服驅(qū)動器7 與D/A轉(zhuǎn)換模塊連接，光電編碼器3與捕獲端口模塊連接，上位機(jī)9與UART串行通信接口模塊連接；在模擬開門或關(guān)門的過程中，若CPU接收到上位機(jī)9經(jīng)UART接口模塊發(fā)出的障礙物檢測的測試啟動信號，則CPU發(fā)送制動信號，發(fā)送的制動信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為模擬量后送到主軸制動器5，主軸制動器5對門驅(qū)動電機(jī)1輸出軸制動，使門驅(qū)動電機(jī)1短時堵轉(zhuǎn)，實現(xiàn)門扇在正常開門或關(guān)門過程中遇到障礙物情況的模擬；在整個模擬測試過程中，轉(zhuǎn)矩傳感器4采集的軸上實際的合力矩值，振動傳感器11采集的門驅(qū)動電機(jī)1振動數(shù)據(jù)，均經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成CPU可處理的數(shù)字信號存于SD卡中，光電編碼器3采集的門驅(qū)動電機(jī)1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角度數(shù)據(jù)也存入SD卡中；測試結(jié)束后上位機(jī)9接收SD卡中存儲的測試結(jié)果數(shù)據(jù)，并生成對應(yīng)的開門或關(guān)門時間、開門或關(guān)門速度、開門或關(guān)門加速度、開門或關(guān)門力、 門驅(qū)動電機(jī)振動曲線在上位機(jī)上以圖形方式顯示。CPU單元選用意法半導(dǎo)體公司高性能、 低功耗Coetex-M3內(nèi)核的32位處理器STM32F103。D/A轉(zhuǎn)換模塊選用美國BB公司生產(chǎn)的 16位高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC714。STM32F103芯片的UART接口經(jīng)MAX232轉(zhuǎn)換成RS232電平，實現(xiàn)系統(tǒng)控制器8和上位機(jī)9的數(shù)據(jù)雙向傳輸。SD卡選用Kingston的存儲容量為2GB 的SD卡。復(fù)位電路選用MAX811芯片，帶有手動復(fù)位輸入。光電編碼器3返回的門驅(qū)動電機(jī)1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度信號經(jīng)過捕獲端口模塊捕獲后送入CPU計算S= LH36(f (L為
絲桿螺母傳動機(jī)構(gòu)的導(dǎo)程，^為門驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度)得到實際工作時門扇的運(yùn)動位置，根據(jù)SD卡中的位置轉(zhuǎn)矩曲線數(shù)據(jù)，按當(dāng)前位置得到匹配的轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)，由CPU向伺服控制器7發(fā)送相應(yīng)轉(zhuǎn)矩大小的電壓信號，使伺服驅(qū)動器7控制伺服電機(jī)6輸出設(shè)定的轉(zhuǎn)矩，模擬門驅(qū)動裝置在實際開門(關(guān)門)工作環(huán)境下所受到的開門(關(guān)門)阻力。所述捕獲端口模塊為STM32F103處理器所帶的定時器輸入捕獲。所述曲線數(shù)據(jù)由上位機(jī)9在測試開始前通過UART串行通信接口模塊發(fā)送到系統(tǒng)控制器8的SD卡中。所述電壓信號由CPU發(fā)送的數(shù)字信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后得到。在模擬開門(關(guān)門)的過程中，若CPU接收到上位機(jī)9經(jīng)UART串行通信接口發(fā)出的障礙物檢測的測試啟動信號，則CPU發(fā)送制動信號，發(fā)送的制動信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為模擬量后送到主軸制動器5，主軸制動器5對門驅(qū)動電機(jī)1輸出軸制動，使門驅(qū)動電機(jī)1短時堵轉(zhuǎn)(0. 5 3s)，實現(xiàn)門扇在正常開門(關(guān)門)過程中遇到障礙物情況的模擬。在整個模擬測試過程中，轉(zhuǎn)矩傳感器4采集的軸上實際的合力矩值，振動傳感器 11采集的門驅(qū)動電機(jī)1振動數(shù)據(jù)，均經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成CPU可處理的數(shù)字信號存于SD 卡中，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊為STM32處理器所帶的12位逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。光電編碼器采集的門驅(qū)動電機(jī)1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角度數(shù)據(jù)也存入SD卡中。測試結(jié)束后上位機(jī)9接收SD卡中存儲的測試結(jié)果數(shù)據(jù)，并生成對應(yīng)的開門(關(guān)門) 時間、開門(關(guān)門)速度、開門(關(guān)門)加速度、開門(關(guān)門)力、門驅(qū)動電機(jī)振動曲線在上位機(jī)上以圖形方式顯示，不僅具有直觀的效果，還可以供技術(shù)人員根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(EW4752等)快捷的對門驅(qū)動裝置的性能作出評判。模擬測試結(jié)果數(shù)據(jù)分類存于上位機(jī)9的Access數(shù)據(jù)庫中，以便查詢、對比分析，為門驅(qū)動裝置的選用、設(shè)計提供參考。所述開門(關(guān)門)時間由系統(tǒng)控制器8的實時時鐘電路計時，所述開門(關(guān)門)速度、加速度通過對工作時門扇的運(yùn)動位
置分別進(jìn)行一次、二次微分求得，所述開門(關(guān)門)力可由F = $計算求得￡為絲桿螺母
傳動機(jī)構(gòu)的導(dǎo)程”力傳動效率，Γ為門驅(qū)動電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。結(jié)合圖3，采用上述的軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測系統(tǒng)的檢測方法，開門、關(guān)門過程中門驅(qū)動電機(jī)1的性能檢測步驟如下
第一步用戶在上位機(jī)9上設(shè)定所要測試的軌道交通客室門的型號，上位機(jī)9向系統(tǒng)控制器8發(fā)送相對應(yīng)的位置轉(zhuǎn)矩曲線實驗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)控制器8在接收完數(shù)據(jù)后進(jìn)行系統(tǒng)初始化，并等待上位機(jī)9發(fā)送開門(關(guān)門)測試啟動信號；
第二步用戶在上位機(jī)9上點(diǎn)擊開門(關(guān)門)驅(qū)動裝置性能檢測指令后，上位機(jī)9向門控制器10發(fā)送開門(關(guān)門)觸發(fā)信號，同時向系統(tǒng)控制器8發(fā)送開門(關(guān)門)測試啟動指令信號；
第三步門控制器10在接收到開門(關(guān)門)信號后，由內(nèi)部固有的程序控制門驅(qū)動電機(jī) 1正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)在實際工作情況時的開門(關(guān)門)工作過程；
第四步系統(tǒng)控制器8接收光電編碼器3返回的門驅(qū)動電機(jī)1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度信號，計 HL.eims (i為絲桿螺母傳動機(jī)構(gòu)的導(dǎo)程d為門驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度)得到實際工作時門扇的運(yùn)動位置；
第五步由實際工作時門扇的運(yùn)動位置判斷門扇是否開關(guān)到位，若為是，則結(jié)束本次模擬測試，上傳檢測數(shù)據(jù)；若為否，則根據(jù)位置轉(zhuǎn)矩曲線數(shù)據(jù)，按當(dāng)前運(yùn)動位置得到匹配的轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)，由系統(tǒng)控制器8向伺服控制器7發(fā)送相應(yīng)轉(zhuǎn)矩大小的電壓信號，使伺服驅(qū)動器7控制伺服電機(jī)6輸出設(shè)定的轉(zhuǎn)矩Tl，模擬門驅(qū)動裝置在實際工作環(huán)境下所受到的開門(關(guān)門) 阻力；
第六步系統(tǒng)控制器8接收轉(zhuǎn)矩傳感器4返回的伺服電機(jī)6實際輸出的阻力矩T2，與
設(shè)定的理想輸出力矩Tl進(jìn)行對比，比較兩者間的偏差范圍^是否彡5%。若為是，則
權(quán)利要求
1.一種軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測系統(tǒng)，其特征在于包括振動傳感器(11)、光電編碼器(3)、轉(zhuǎn)矩傳感器(4)、主軸制動器(5)、系統(tǒng)控制器(8)、上位機(jī)(9)， 振動傳感器(11)、光電編碼器(3)、轉(zhuǎn)矩傳感器(4)作為檢測元件，分別和系統(tǒng)控制器(8)電氣連接，為系統(tǒng)控制器(8)提供實時檢測反饋數(shù)據(jù)，振動傳感器(11)安裝在門驅(qū)動電機(jī)(1) 的外殼上，檢測模擬實驗過程中門驅(qū)動電機(jī)(1)的振動數(shù)據(jù)，光電編碼器(3)、轉(zhuǎn)矩傳感器 (4)、主軸制動器(5)依次安裝在伺服電機(jī)(6)的輸出軸上，主軸制動器(5)對門驅(qū)動電機(jī) (1)輸出軸制動，門驅(qū)動電機(jī)(1)通過電氣方式和門控制器(10)連接，該門驅(qū)動電機(jī)(1)的輸出軸通過聯(lián)軸器(2)和伺服電機(jī)(6)的輸出軸連接，光電編碼器(3)檢測門驅(qū)動電機(jī)(1) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度信號，轉(zhuǎn)矩傳感器(4)用于測量輸出軸上的合力矩；伺服驅(qū)動器(7)分別與系統(tǒng)控制器(8 )、伺服電機(jī)(6 )通過電氣信號連接，伺服驅(qū)動器(7 )接收系統(tǒng)控制器(8 )發(fā)送的電壓信號，并根據(jù)電壓信號的大小控制伺服電機(jī)(6)的電流矢量，輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)矩， 加載到門驅(qū)動電機(jī)(1)軸上，模擬門驅(qū)動電機(jī)(1)在開門、關(guān)門和障礙物檢測工作過程中受到的阻力矩；上位機(jī)(9)通過串行通信接口向系統(tǒng)控制器(8)發(fā)送門扇在不同位置、不同速度情況下門驅(qū)動電機(jī)(1)受力的載荷曲線數(shù)據(jù)，所述曲線數(shù)據(jù)通過對不同型號客室門系統(tǒng)的實物實驗的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)獲得；同時，上位機(jī)(9)和門控制器(10)通過電氣信號相連，向門控制器(10)發(fā)送開門或關(guān)門觸發(fā)信號，使門驅(qū)動電機(jī)(1)開始工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)控制器(8)是整個模擬實驗與性能檢測系統(tǒng)的控制中心，包括CPU單元、UART串行通信接口模塊、捕獲端口模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、SD卡、復(fù)位電路、實時時鐘、 FLASH、SRAM, JTAG接口模塊，UART串行通信接口模塊、捕獲端口模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A 轉(zhuǎn)換模塊、SD卡、復(fù)位電路、實時時鐘、FLASH、SRAM, JTAG接口模塊分別與CPU單元連接，振動傳感器(11)、轉(zhuǎn)矩傳感器(4)與A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，主軸制動器(5)、伺服驅(qū)動器(7)與D/ A轉(zhuǎn)換模塊連接，光電編碼器(3 )與捕獲端口模塊連接，上位機(jī)(9 )與UART串行通信接口模塊連接；在模擬開門或關(guān)門的過程中，若CPU接收到上位機(jī)(9)經(jīng)UART接口模塊發(fā)出的障礙物檢測的測試啟動信號，則CPU發(fā)送制動信號，發(fā)送的制動信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為模擬量后送到主軸制動器(5)，主軸制動器(5)對門驅(qū)動電機(jī)(1)輸出軸制動，使門驅(qū)動電機(jī) (1)短時堵轉(zhuǎn)，實現(xiàn)門扇在正常開門或關(guān)門過程中遇到障礙物情況的模擬；在整個模擬測試過程中，轉(zhuǎn)矩傳感器(4)采集的軸上實際的合力矩值，振動傳感器(11)采集的門驅(qū)動電機(jī) (1)振動數(shù)據(jù)，均經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成CPU可處理的數(shù)字信號存于SD卡中，光電編碼器 (3)采集的門驅(qū)動電機(jī)(1)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角度數(shù)據(jù)也存入SD卡中；測試結(jié)束后上位機(jī)(9)接收 SD卡中存儲的測試結(jié)果數(shù)據(jù)，并生成對應(yīng)的開門或關(guān)門時間、開門或關(guān)門速度、開門或關(guān)門加速度、開門或關(guān)門力、門驅(qū)動電機(jī)振動曲線在上位機(jī)上以圖形方式顯示。
3.一種采用權(quán)利要求1或2所述的軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于開門、關(guān)門過程中門驅(qū)動電機(jī)(1)的性能檢測步驟如下第一步用戶在上位機(jī)(9)上設(shè)定所要測試的軌道交通客室門的型號，上位機(jī)(9)向系統(tǒng)控制器(8)發(fā)送相對應(yīng)的位置轉(zhuǎn)矩曲線實驗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)控制器(8)在接收完數(shù)據(jù)后進(jìn)行系統(tǒng)初始化，并等待上位機(jī)(9)發(fā)送開門或關(guān)門測試啟動信號；第二步用戶在上位機(jī)(9)上點(diǎn)擊開門或關(guān)門驅(qū)動裝置性能檢測指令后，上位機(jī)(9)向門控制器(10)發(fā)送開門或關(guān)門觸發(fā)信號，同時向系統(tǒng)控制器(8)發(fā)送開門或關(guān)門測試啟動指令信號；第三步門控制器(10)在接收到開門或關(guān)門信號后，由其內(nèi)部固有的程序控制門驅(qū)動電機(jī)(1)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)在實際工作情況時的開門或關(guān)門工作過程；第四步系統(tǒng)控制器(8)接收光電編碼器(3)返回的門驅(qū)動電機(jī)(1)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度信號，計算
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測方法，其特征在于第七步中，所述開門或關(guān)門時間由系統(tǒng)控制器(8)的實時時鐘電路計時，所述開門或關(guān)門速度、加速度通過對工作時門扇的運(yùn)動位置分別進(jìn)行一次、二次微分求得，所述開門或2imT關(guān)門力可由ρ=f計算求得，L為絲桿螺母傳動機(jī)構(gòu)的導(dǎo)程，n為傳動效率，^為門驅(qū)動電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。
5. 一種采用權(quán)利要求1或2所述的軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于障礙物檢測過程門驅(qū)動電機(jī)(1)的性能檢測包括以下步驟第一步在開門或關(guān)門正常工作的過程中，即門驅(qū)動電機(jī)(1)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，伺服電機(jī) (6)輸出阻力矩時，用戶通過上位機(jī)(9)向系統(tǒng)控制器(8)發(fā)送障礙物檢測測試啟動指令信號；第二步系統(tǒng)控制器(8)在接收到障礙物檢測測試啟動信號后，停止向伺服驅(qū)動器(7) 發(fā)送轉(zhuǎn)矩信號，使伺服電機(jī)(6)停止輸出阻力矩；(1)在正常開門或關(guān)門過程中遇到障礙物的情況；第四步當(dāng)門控制器(10)通過自身的電機(jī)電流監(jiān)控、路程時間監(jiān)測兩種障礙物檢測方式檢測出遇到障礙物時，門控制器(10)按照自身的程序控制門驅(qū)動電機(jī)(1)反轉(zhuǎn)，在實際情況下表現(xiàn)為門扇向反方向運(yùn)動，同時系統(tǒng)控制器(8)對轉(zhuǎn)矩傳感器(4)返回的轉(zhuǎn)矩信號進(jìn)行判斷，若檢測到軸上的轉(zhuǎn)矩先減小為零后反向增大則說明門驅(qū)動電機(jī)(1)有反轉(zhuǎn)趨勢， 系統(tǒng)控制器(8)控制主軸制動器(5)停止制動；若沒有檢測到反轉(zhuǎn)趨勢，則判斷電機(jī)堵轉(zhuǎn)時間是否超過n，若大于n，主軸制動器(5)也停止制動，使門驅(qū)動電機(jī)(1)能夠正常反轉(zhuǎn)，防止門驅(qū)動電機(jī)因電流過大燒壞；若小于n，則繼續(xù)檢測門驅(qū)動電機(jī)的反轉(zhuǎn)趨勢；第五步主軸制動器(5)停止制動，門驅(qū)動電機(jī)(1)正常轉(zhuǎn)動，門控制器(10)控制門驅(qū)動電機(jī)(1)反轉(zhuǎn)N圈數(shù)后，繼續(xù)控制門驅(qū)動電機(jī)(1)正轉(zhuǎn)，在實際情況下表現(xiàn)為門扇向反方向運(yùn)動350mm后，繼續(xù)正向運(yùn)動，其中N的數(shù)值具體由門系統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)的絲桿導(dǎo)程h決定， N=YJii L ；第六步在第五步所述過程中，系統(tǒng)控制器(8)通過光電編碼器(3)和轉(zhuǎn)矩傳感器(4) 實時檢測的信號，根據(jù)位置轉(zhuǎn)矩曲線控制伺服電機(jī)(6)輸出相應(yīng)的模擬阻力矩。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測方法，其特征在于第三步中，門驅(qū)動電機(jī)(1)堵轉(zhuǎn)時間為m n，m為障礙物檢測最短時間，η為障礙物檢測最長時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測方法，其特征在于第六步中，具體進(jìn)行如下操作①系統(tǒng)控制器(8)接收光電編碼器(3)返回的門驅(qū)動電機(jī)(1)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度信號汁算S=I.得到實際工作時門扇的運(yùn)動位置，其中u力絲桿螺母傳動機(jī)構(gòu)的導(dǎo)程一為門驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度；②由實際工作時門扇的運(yùn)動位置判斷門扇是否開或關(guān)到位，若為是，則結(jié)束本次模擬測試，上傳檢測數(shù)據(jù)；若為否，則根據(jù)位置轉(zhuǎn)矩曲線數(shù)據(jù)，按當(dāng)前運(yùn)動位置得到匹配的轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)，由系統(tǒng)控制器(8)向伺服控制器(7)發(fā)送相應(yīng)轉(zhuǎn)矩大小的電壓信號，使伺服驅(qū)動器 (7)控制伺服電機(jī)(6)輸出設(shè)定的轉(zhuǎn)矩Tl，模擬門驅(qū)動電機(jī)(1)在實際工作環(huán)境下所受到的開門或關(guān)門阻力；③系統(tǒng)控制器(8)接收轉(zhuǎn)矩傳感器(4)返回的伺服電機(jī)(6)實際輸出的阻力矩T2，與設(shè)定的轉(zhuǎn)矩Tl進(jìn)行對比，比較兩者間的偏差范圍&^！是否< 5% ；若為是，則繼續(xù)檢測 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角度；若為否，Τ2 > Tl時則減小或Τ2 < Tl時增大伺服電機(jī)(6)的轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)調(diào)整修正轉(zhuǎn)矩輸出，達(dá)到精確模擬門驅(qū)動裝置所受阻力載荷的目的；④在對門驅(qū)動電機(jī)(1)開門或關(guān)門過程中所受阻力模擬的同時，系統(tǒng)控制器(8)同時接收振動傳感器(11)、光電編碼器(3)、轉(zhuǎn)矩傳感器(4)返回的數(shù)據(jù)信息，存儲到系統(tǒng)控制器(8)的SD卡中；開門或關(guān)門到位時，實驗測試結(jié)束，SD卡中的檢測數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)(9) 進(jìn)一步處理，即生成對應(yīng)的開門或關(guān)門時間、開門或關(guān)門速度、開門或關(guān)門加速度、開門或關(guān)門力、門驅(qū)動電機(jī)振動曲線，供技術(shù)人員對門驅(qū)動電機(jī)(1)的性能作出評判，并將測試結(jié)果數(shù)據(jù)存儲入上位機(jī)(9)的Access數(shù)據(jù)庫中，方便查詢。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軌道交通客室門驅(qū)動裝置的模擬實驗與性能檢測系統(tǒng)及其方法，包括振動傳感器、光電編碼器、轉(zhuǎn)矩傳感器、主軸制動器、系統(tǒng)控制器、上位機(jī)，振動傳感器、光電編碼器、轉(zhuǎn)矩傳感器作為檢測元件，分別和系統(tǒng)控制器電氣連接，為系統(tǒng)控制器提供實時檢測反饋數(shù)據(jù)，振動傳感器安裝在門驅(qū)動電機(jī)的外殼上，檢測模擬實驗過程中門驅(qū)動電機(jī)的振動數(shù)據(jù)，光電編碼器、轉(zhuǎn)矩傳感器、主軸制動器依次安裝在伺服電機(jī)的輸出軸上，主軸制動器對門驅(qū)動電機(jī)輸出軸制動，門驅(qū)動電機(jī)通過電氣方式和門控制器連接，該門驅(qū)動電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器和伺服電機(jī)的輸出軸連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可控性好。
文檔編號G01M17/08GK102539173SQ20111043637
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者張衛(wèi), 李高杰, 陸寶春, 高偉 申請人:南京理工大學(xué)