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系统。
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2 系统简介
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门控单元为屏蔽门运行提供驱动动力，控制屏蔽门的开关。门控单元应使开关时间尽量的小，为整个地铁系统运行节约时间。屏蔽门的设计主要是为了给乘客提供更安全的环境，防止乘客掉入轨道，对乘客生命安全造成威胁，所以屏蔽门的设计应当充分考虑安全性，防止关门时夹伤乘客。为满足这些要求，系统应该达到的性能指标有，开关门时间要求小于3.5秒，最大动能10焦耳，最后10cm距离动能小于1焦耳。在考虑系统惯性后算出对应的最大速度为0.5m/s和最后运行阶段对应的速度为0.158m/s。系统的理想速度曲线如图2-1所示。
图2-1 屏蔽门理想速度曲线
门控单元运行分为加速阶段，高速运行阶段，减速阶段，慢速运行阶段和关闭阶段。首先门控单元在接到开关门信号后，使电机加速到最高允许运行速度，然后保持高速运行开关门，在最后10cm时减速到低速运行继续关门，在到达开关门位置后刹车，电机刹车既能防止屏蔽门撞击也能解决屏蔽门关闭后滑动问题，因为电机刹车后会产生反扭矩而阻止电机的运动。
本次实验将电机系统分成两层1、物理层（电机驱动）2、应用层（电机控制器）。 其中物理层完成电机在电路上的需求，如逻辑换向，速度控制，方向控制，刹车控制，过流保护。而应用层（电机控制器）根据系统的需求，完成数据计算，算法实现，把需要执行的操作通过通信接口传输给物理层（电机驱动）执行。应用层（电机控制器）和物理层（电机驱动）通过SPI（串行同步接口）进行通信。
本次实验采用恩智浦公司的LPC2129作为程序控制器，以CPLD可编程器件搭建电机驱动电路。控制电机采用无刷直流电机。因为无刷直流电机上面有霍尔传感器，因此本系统在控制系统中可增加位置环。系统通过测量霍尔传感器产生的脉冲数计算
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距离，因此本系统具有门宽自学习能力，省去了位置传感器的需求。并且可以在控制系统中增加位置环，构成电流-速度-位置三闭环系统。电流环是为了使电机运行在最大的允许电流状态下，从而加速动态过程；速度环使电机转速快速达到预设的速度值并且保持稳定；位置环是根据屏蔽门系统需求而设计的，根据霍尔传感器测量到的位置信息控制电机的速度。
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3 软件运行环境
3.1 系统概述
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系统包括控制器模块，驱动模块，输入输出模块，无刷直流电机，如图3-1所示。LPC2129 是基于32位ARM7TDMI-S支持实时仿真和嵌入跟踪的CPU[7]。LPC2129拥有2路CAN通道，PWM通道，10位ADC。作为电机的控制器，LPC2129能很好的满足屏蔽门电机对实时性和功能上的需求。驱动模块采用CPLD来完成，解决了电机逻辑换向电路的需求，同时方便调试以及修改和升级，并且方便拓展功能电路，在本次试验中还把设计的SPI电路集成在CPLD中，用于拓展输入输出端口，这样驱动和输入输出都在CPLD中实现了。电机采用星型连接，通过桥式开关电路供电。
图3-1 系统电路原理图
处理器管脚功能选择如表3-1 所示。
表3-1 控制器管脚配置
管脚
1(P0.21)
46(P0.16)
45(P0.15)
39(P0.13)
38(P0.12)
功能 PWM信号 运行方向 位置计数信号 LOAD MISO
管脚 37(P0.11) 13(P0.28) 14(P0.29) 15(P0.30)
功能
MOSI CLK 电流采样电压 过流信号
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3.2 无刷直流电机
直流电机调速特性优异以及启动力矩大，而无刷直流电机采用电子换向克服了传统有刷直流电机换向时会产生换向火花的问题，寿命长，运行可靠，维护简便。无刷直流电机采用三相星型桥式开关电路供电，如图3-2所示。
图3-2 电机三相电桥驱动系统
要使得电机旋转必须按照正确的顺序给电机供电，导电顺序如表3-2所示，通过检测霍尔传感器的位置，电机有六个电源状态，每种状态两相同时导通.无刷直流电机的换向逻辑参考文献[5][8]。
表3-2 电机三相六状态导通
电角度
0-π/3 0-2π/3 2π/3-π 2π/3-4π/3 4π/3-5π/3
5π/3-2π
霍尔传感器值 010 011 001 101 100 110
V1 V2 V3
导通
导通
导通
导通
导通
导通