一、引言 　　隨著國民經濟的飛速發展，現代化大廈日益增多，電梯成為人們日常生活工作中不可或缺的工具。電梯門機系統，是典型的電機伺服系統，是電梯門開關的執行機構。目前，電梯門機控制系統主要由交流電機及調速系統構成，也有少數由直流電機及調速系統構成。前者雖然體積小，壽命長，但控制較復雜；而后者盡管控制簡單，但電機體積大，電刷壽命短。電梯的正常運行關系著人身安全，因此，電梯門機對電機本身及其控制系統均提出了較高的要求。據統計，電梯門開關不正常是電梯運行過程中比較容易出現的故障。 　　二、電梯門機控制系統的關鍵技術 　　在工業應用中，無刷直流電動機在快速性、可控性、可靠性、體積重量、經濟性等方面具有明顯優勢。近幾年，隨著稀土永磁材料和電力電子器件性能價格比的不斷提高，無刷直流電動機作為高性能調速電機和伺服電機在工業中的應用越來越廣泛。 　　1、加減速過程的S曲線 　　很好地實現電機加減速過程的S曲線，可使門機系統具有良好的運行特性，使電梯門開關平穩，減小電機所受的負載沖擊，提高系統的可靠性，延長系統的使用壽命。 　　2、系統的自適應控制 　　電梯門機控制系統應能滿足不同規格（寬度）、不同機械特性和不同工作狀態的電梯門。而且隨著使用時間的增加，同一臺電梯門由于磨損、老化等原因，其機械特性也會發生變化。這種復雜多變的特性，很難用數學模型加以描述，只有借助于自適應控制策略，使控制系統滿足長期穩定可靠運行的要求。 　　三、系統的控制策略 　　1、加減速過程的S曲線 　　為了獲得平穩的加減速特性，最大限度地減小電機加減速時對整個電梯門機系統的機械沖擊，需要在電機加減速時采用S曲線。本文將電機的加減速過程分為三段，以加速過程為例，第一段采用勻加加速方式，第二段采用勻加速方式，第三段采用勻減加速方式，其工作曲線如圖1所示。 圖1加速過程的S曲線 同理，對于減速過程也可以分為三個階段，其加速與減速曲線如圖2所示。 圖2加速曲線與減速曲線 　　2、自適應控制 　　自適應控制系統的結構如圖3所示。前饋控制器FF和反饋控制器FB的參數是可變的，由自適應控制根據參考模型與實際系統響應的差值來調整，以保證二者響應趨于一致。 圖3參數自適應控制系統結構圖 　　3、控制系統 　　模型受控對象的數學模型為：式中：xp、up、yp分別是受控對象的狀態向量、控制向量和輸出向量；Ap、Bp、C分別是具有相應維數的矩陣。 　　在選定參考模型時，一般都令其與被控對象具有相同的結構形式，而它的參數則可以根據系統設計要求選定。因此參考模型可設為式中：xm、ym、rm分別是參考模型的狀態向量、輸出向量和輸入向量；Am、Bm分別是具有相應維數的代表希望性能的矩陣。 系統廣義輸出誤差方程：式中：ym為模型的輸出，yp為可調系統的輸出。 　　系統的廣義狀態誤差方程：式中：xm為模型的狀態矢量，xp為可調系統狀態矢量。 　　由上式可得廣義誤差運動方程為：按照系統的工作原理，可調系統和參考模型之間的廣義誤差完全代表了模型參考自適應控制系統運動狀態。 　　自適應控制使等效誤差的解ε、e越小越好，即：可以采用不同的設計方法，如參數局部優化、穩定性設計，以滿足相應的自適應控制規律。 　　4、門機開關的運行曲線 　　在電梯門機正常運行過程中，電機加減速的S曲線會因系統參數的不同而變化。本文將整個電梯門機的運行過程，分為7個S曲線加減速過程，如圖4所示。其速度特性各不相同，因此系統采用自適應控制原理，對每個過程根據電梯門機運行實際情況，產生一組輔助速度值參與計算，以校正實際S曲線與理想S曲線的差別。 　　圖4所示為電梯門機運行曲線，圖中縱坐標表示運行速度，橫坐標表示行程。橫坐標上方為關門運行曲線，下方為開門運行曲線。 圖4門機運行曲線 　　OE：開門寬度，因門機規格而異，在350mm～2400mm之間。 　　EG：門刀開閉行程，一般為35mm。 　　O點：為開門的極限點。門扇運行至A點時，開門速度由n6再降至n7并一直保持，實際上O點并沒有速度，只有一個維持開門的堵轉力。 　　E點：為關門的極限點。門扇運行至D點時，電機斷電，依系統慣性停于E點。 　　G點：為門刀打開極限點，門刀開至F點時電機斷電，依系統慣性停于G點。 　　B點：開門運行時，高速轉低速切換點。 　　C點：關門運行時，高速轉低速切換點。 四、系統的實現 　　門機控制系統由計算控制電路、鍵盤輸入及顯示電路、驅動和保護電路以及門機開關執行機構組成，系統框圖如圖5所示。其中，鍵盤輸入及顯示電路完成人機交互功能，可對電梯門機的執行過程進行設定；計算控制電路根據設定參數和外部輸入的信號，完成計算及邏輯控制；而驅動和保護電路完成系統中電機與門機的驅動，實現門機系統的實時故障檢測與保護，確保門機系統的安全和可靠。 　　電梯門機采用稀土無刷直流電機構成伺服系統，控制器以MSP430F149單片機為核心；主電路采用IPM組成功率變換電路，實現了PWM單極半調制控制，系統具有以下特點。 　　1、控制電機的PWM調制方式 　　通常PWM調制采用半橋全調制，即6個功率管中，只有上半橋的3個管子參與PWM調制，而下半橋的3個管子不參與PWM調制。這種方法與6個管子均參與PWM調制的全橋全調制相比，盡管開關損耗降低了一半，卻造成了6個管子的開關損耗不均等，即下半橋的3個管子開關損耗低，上半橋的3個管子開關損耗高。為克服這一缺點，系統采用了上半橋單極半調制的PWM控制方式。 　　2、電流反饋 　　電機運行時的工作電流反映了電機當前帶載情況，并將參與速度、電流雙閉環控制。系統中使用的IPM智能功率模塊中，集成了電流反饋信號，該信號經過調理直接送到MSP430F149的A/D采樣端口，實現系統電流的實時反饋。 　　3、參數掉電保護 　　系統在掉電或機后，下一次再上電運行時，應按照上一次的運行狀態工作。因此，系統采用串行的CAT24C021實現了參數掉電保護。CAT24C021除了保存用戶最初設置的參數外，還將系統運行過程中的重要實時運行數據保存起來。CAT24C021與CPU之間采用I2C總線連接。 　　4、驅動電路組成 圖5門機控制系統框圖 　　逆變器采用全橋全控式，開關元件選用高頻絕緣柵雙極晶體管IGBT，它既有功率MOSFET高輸入阻抗、高速特性、熱穩定性好和控制電路簡單的優點，又有雙極達林頓晶體管GTR大電流密度、低飽和壓降、耐壓高的特點。系統選用智能功率模塊6MBP15RH060來驅動電機。 　　五、結論 　　本文設計的電梯門機控制系統，具有很好的適應性。試驗證明，該系統工作穩定、可靠，在關門堵轉時也能迅速地做出反應，在各種故障發生時系統能按預先設計的程序運行，達到了系統設計要求。