地铁屏蔽门控制系统设计与实现

作     者：贺海波 

作者单位：安徽工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵卫东

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：工业以太网 PROFINET IO 无刷直流电机 矢量控制 

摘      要：随着我国城市人口密度不断加大,城市拥堵问题严重影响人们的生活和社会秩序。城市轨道交通作为一种安全、快捷的交通方式,能极大改善城市交通运输力。屏蔽门作为轨道交通系统中关键的设计环节,其控制系统的准确性和安全性有着十分重要的意义。同时,屏蔽门在轨道交通中的大量应用及其分散性导致了现场通讯数据量大,因此,对底层的管理信息集中整合以及数据管理实时性要求非常高。PROFINET作为一种新型以太网标准,它的出现为解决上述问题提供了一套比较完善的自动化解决方案。本文根据在城市轨道交通中地铁屏蔽门门控系统的功能需求,将电机控制技术与PROFINET工业以太网技术相结合,设计了基于PROFINET工业以太网的门控器系统。首先,本文详细分析并推导了无刷直流电机的数学模型。在分析其工作特性的基础上,对电机的控制算法和调速性能进行了研究。采用一种基于励磁电流i=0的磁场定向控制算法来提高屏蔽门系统的控制性能。其次,通过研究PROFINET IO模型,建立了门控器系统与屏蔽门管理系统的PROFINET IO网络,完成从管理中心到屏蔽门现场的直接控制。最后,完成了本系统的硬件电路和软件程序的设计。硬件电路分为PROFINET网关转换机和电机驱动器两部分,主要包括电源管理模块、功率驱动电路、信号检测单元、处理器、保护模块、以太网通信模块。软件部分主要完成主程序以及各个子模块程序的设计,包括控制算法程序、MODBUS通讯程序、PROFINET IO应用程序。最后以设计的驱动器和网关组成的门控器系统为测试平台完成了对控制系统的调试和实验,采集了实验过程中转速和电流等相关数据。通过对实验数据的分析,对比传统PID控制算法及本文算法对系统性能的影响,验证了所提控制方案对电机性能的提升。最后通过将门控器系统应用于实际现场进行检验,验证了该系统的实际性能。测试结果表明,本课题设计的门控器系统设计合理、运行稳定、具有良好的性能指标。