基于霍尔定位高速电动门无刷电动机驱动控制系统
李新华，潘 涌，庄百兴，杨垂恭
(1湖北工业大学，湖北武汉430068；2台湾阪神电机有限公司，台湾)
摘要：介绍中了一种新型电动门驱动及控制系统。电动门由无刷直流电动机驱动，c8051F040单片机控制．由无刷电动机霍尔位置信号实现电动门的定位。
O引 言
随着经济的快速发展，高速电动门(以下简称电动门)的使用日益广泛。电动门的几何尺寸不仅越来越大，而且提升和下放速度也越来越高。如大型仓库、会展中心的电动门宽可达lO m，高接近5m，提升和下放速度要在1 m／s以上。目前电动门一般采用异步电动机驱动，控制系统由变频器和可编程控制器PLc构成，采用编码器定位。众所周知，异步电动机效率低，编码器安装比较麻烦，还需要机械(或电磁)制动装置，变频器和编码器成本也较高，这些会使系统成本增加，影响电动门产品的市场竞争力。
本文研究一种基于霍尔信号定位、稀土永磁无刷直流电动机(以下简称无刷电动机)驱动的新型高速电动门控制系统。首先，无刷电动机不仅具有良好的加、减速性能，而且还可以用反映电机转子位置的霍尔信号来实现电动门的定位，省去了传统电动门中的定位编码器，简化了系成结构，降低了成本；其次，采用永磁无刷电动机驱动的电动门，下放时电机仍处于电动运行状态，而不是传统电动门异步电动机驱动需要的制动状态，这是由于无刷电动机永磁转子磁拉力所产生的制动力矩，通过减速机的放大，制动力矩如果大于电动门的重力力矩，电动门便不能由重力力矩拖动F放，必须依靠无刷电动机的反向电动运行才能实现电动门的F降，这样系统控制得以简化；第三，在传统电动门中必须有机械或电磁制动装置，当控制器外部停电时，制动装置能“锁住”电动门，以保证系统的安全，而无刷电动机驱动的电动门则可省去该制动装置，当控制器断电时，无刷电动机通过减速机放大的制动力矩同样能“锁住”电动门。
1系统构成
电动门系统由外部信号、单片机、无刷电动机及其通用控制器、减速机、滚筒、蓄电池等部分构成，系统框图如图l所示。
电动门驱动电机采用自主开发的一种高压稀土永磁无刷电动机及其通用控制器，如图2所示。无刷电动机额定功率1. 5 kw，额定转速1 800r／min，控制器输入电压为220 V(交流)。系统的外部
信号包括无线遥控信号、光电感应信号、雷达信号、位置校正信号和键盘初始化。键盘初始化的作用是根据电动门的不同规格，在电动门安装时由技术人员写入相关的参数。减速机构速比为25，蓄电池作为外部停电时控制器的备用电源。
选用cygnal公司c8051F微控制器系列的c805lF040单片机作为本系统的控制芯片。c805lFxxx单片机采用流水线结构，机器周期由标准的12个系统时钟周期降为1个系统时钟周期，处理能力大大提高。片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件，这样在设计电动门硬件电路时不需要接人太多的外部电路，系统更加简单、可靠。
单片机是电动门控制系统的控制核心。它负责检测外部信号，当有按键动作时执行与之对应的操作，使电动门上升、下降或急停；若检测到外部有意外情况时就执行相应的中断处理，如电动门在下放中，雷达感应到附近移动物体时，电动门自动返回至顶部。
2电动门的定位与位置校正
无刷电动机每转一圈的霍尔脉冲数是一定的，当减速机的速比和滚筒的外径确定后，电机每走一个脉冲所对应电动门的运行高度也是一定的，凶此只要准确计算霍尔信号的脉冲数，就能保证电动门行程的准确性。程序设计时，根据电动门的行程计算出对应的总霍尔脉冲数，电动门上升时在计数器中加一个脉冲，下降时在计数器中减去一个脉冲，然后与终点脉冲数进行比较，直至相等为止。
对于无刷电动机驱动的电动门，不需要额外的器件产生脉冲信号，只需用无刷电动机换相所需的霍尔脉冲信号即可。本系统高压无刷电动机采用三相星形六状态控制方式，电机内配置三个霍尔元件，彼此相差120o电角度，无刷电动机每转一圈所产生的霍尔脉冲数P：
P=6p (1)
式中：p为无刷电动机的极对数。
无刷电动机的一个霍尔脉冲对应转子旋转60o电角度，电动门的运行高度，即定位精度为：
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