直流电机优化控制系统设计(一)

2 直流电机的控制原理与总体方案

随着我国城市轨道交通的发展，对轨道客车在电气化、智能化、节能化以及舒适性、便捷性等方面的要求越来越高，其中的内外端门的自动控制是待解决的关键技术问题之一。轨道客车门控制系统是轨道客车的一个重要组成部分，也是涉及安全和环保的重要关键环节之一。其类型很多，按动力源可分为：液压传动、气动和电动三种。从发展趋势看，液压系统已趋于淘汰。气动和电动占据着主要市场。

气动的主要由发动机驱动的空气压缩机、汽缸、活塞、螺旋副、转臂、蓄电池及电磁阀等组成。其工作原理是:电磁阀门开启后，来自空压机的具有一定压力的气源经输气管道进入汽缸，推动活塞及其上的螺杆上行，驱动螺母外的套管作逆向回转，使固连于该套管上的转臂带动车门关闭;在关门过程中，乘客被夹住时，光电传感器将采集的信号经电控系统传给电磁阀，使气压反向，驱动车门退回后再关，直到被夹状态消除后关门到位。开门时，电控使气源从反向进入气缸，运动与上述相反，则带动车门开启;当系统出现故障无法打开车门时，可操作“应急”按扭，将气缸的气体放掉，用人工推开车门，使乘客安全脱离。气动门能实现车门开、关及防夹自动化，功能齐全 。但其缺点也十分明显：(1) 控制装置体积大，占用了车内很大空间，式样也很不美观;(2) 消耗了较大的发动机能量，并增加了排放量，不利于节能减排;(3)由气路、电路双路控制，故障点多，尤其在冬季，密封件易老化而导致气体泄漏，使功能丧失，可靠性差;(4)采用空压泵(机)、电磁阀、电瓶、气控装置等，结构复杂，总成本高。为了解决气动门系统的弊端。

本论文采用电动作为轨道客车门的驱动源。相比与气动，采用电动作为门系统的驱动有以下特点：

(1) 电动门的系统的可靠性、实用性和环境适用性较气动门系统高;

(2) 电动门系统的机构空间尺寸小，有利于节约城市轨道客车的空间;

(3) 省略了大量的机械装置，噪音小，有利于提高车辆的舒适性。

2.1 直流电机调速方法简介

直流电机由于其优良的控制特性而使其得到了广泛的应用。目前，虽然交流电机动机的调速问题已经解决，但由于设备的投入和改造需要一个相当长的过程，因此其调速控制尚未普及，直流电机动系统仍在普遍使用。直流电机可分为有换向器的有刷直流电机和无换向器的无刷直流电机。虽然无刷电机在效率和使用寿命上比有刷直流电机都要突出，但其控制较为复杂。有刷直流电机的控制简单、调速性能好。因此这里我们还是选择有刷直流电机作为电能与机械能转换的载体。

直流电机的转速n和其他参量的关系可表示为：

(2-1)

其中Ua为电枢供电电压(V);Ia为电枢电流(A)，