一种卷帘门无刷电机驱动装置技术领域
本发明涉及一种卷帘门电机驱动装置，尤其涉及一种卷帘门无刷电机驱动装置。
背景技术
许多现代化车间和大型仓储库房都要求保持良好的空气环境，能够恒温恒湿等。作为阻挡室内空气和室外空气流通的卷帘门应该能够高速开启和关闭，并且还应该具有多种操作方式，以使用不同场合的需求，提高工作效率。现有的卷帘门机一般采用交流电机加变频器进行控制，如申请公布号为CN104267623.A的中国发明专利公开了一种用于自动控制卷帘门电机的控制装置，包括控制器，将变频器中的闲置参数作为控制器的参数，控制器通过RS485通讯电路与变频器通信，循环读取变频器的参数，变频器与控制卷帘门开启和关闭的电机相连；控制器的编码器信号反馈卷帘门位置，通过在控制器的参数中定义编码器与卷帘门的实际位置转换系数得出卷帘门的实际位置，控制器根据读取卷帘门位置通过变频器控制电机的运行。但是，卷帘门开启的高度无法精确控制；卷帘门的运行速度只能在一定范围内按档位进行调整。卷帘门比较重电机需要采用较大的输出力矩将其卷起，工作电流较大，很容易造成电机发烫。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供一种卷帘门无刷电机驱动装置，包括驱动无刷电机工作的驱动电路、检测所述无刷电机的工作参数并反馈至所述驱动电路的反馈电路；所述驱动电路与所述无刷电机电连接，所述反馈电路与所述无刷电机电连接以采集所述无刷电机的工作参数，所述反馈电路与所述驱动电路电连接以将所述工作参数传递给所述驱动电路。所述驱动电路包括接口单元、控制单元、PWM调制单元、三相逆变单元，所述接口单元与所述控制单元电连接，所述控制单元与所述PWM调制单元电连接，所述PWM调制单元与所述三相逆变单元电连接。所述反馈电路包括位置反馈单元，所述位置反馈单元采集所述无刷电机转子的位置信息并反馈至所述PWM调速单元，所述PWM调速单元根据所述控制单元的控制信息和所述位置反馈单元采集的位置信息调整所述PWM调速单元的输出信号。所述位置反馈单元实时反馈所述无刷电机的转子位置的变化，所述PWM调速单元根据所述位置反馈单元反馈的代表所述无刷电机的转子的位置的位置信息调整输出信号的占空比，通过所述三相逆变单元改变输入到所述无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和波形驱动所述无刷电机工作，并且实现对所述电机转速的控制。
作为优选，所述控制单元包括速度控制单元和电流控制单元；所述速度控制单元与所述接口单元电连接，所述速度控制单元与所述电流控制单元电连接，所述速度控制单元根据来自所述接口单元的输入的速度控制信息，输出电流控制信息至所述电流控制单元；所述电流控制单元与所述PWM调制单元电连接，所述电流控制单元根据来自所述电流控制单元的电流控制信息和来自所述电流反馈单元的位置信息调整所述PWM调制单元的输出信号。根据所述速度控制单元输出的电流控制信息调整所述输出信号，精确控制所述无刷电机的转速。
作为优选，所述反馈电路还包括电流反馈单元，所述电流反馈单元与所述无刷电机和所述速度控制单元电连接，所述电流反馈单元采集所述无刷电机的电流信号并反馈至所述电流控制单元，所述电流控制单元根据所述速度控制单元输出的电流控制信息和所述电流反馈单元采集的电流信号调整输出至所述PWM调制单元的电流信号，所述PWM调制单元根据来自所述电流控制单元的电流信号和来自所述位置反馈单元的位置信息调整所述PWM调制单元的输出信号。所述电流反馈单元反馈无刷电机的电流量至所述电流控制单元调整所述PWM调制单元的输出信号，形成电流闭环控制。保证所述无刷电机的工作电流在稳态时无静差，在动态过程中保证电枢电流不超过允许值。进而保证电机启动时获得大的启动电流，加快系统的动态响应，保证启动的快速。同时，控制的输出受到最大电流的限制，在调节过程中不会出现过大的电流尖峰影响电路运行。
作为优选，所述驱动电路还包括转速计算单元，所述转速计算单元与所述位置反馈单元电连接，所述转速计算单元与所述速度控制单元电连接；所述转速计算单元根据来自所述位置反馈单元的位置信息计算转速信息并将所述转速信息输出至所述速度控制单元，所述速度控制单元根据来自所述接口单元的速度控制信息和来自所述转速计算单元的转速信息调整输出至所述电流控制单元的电流控制信息。所述转速计算单元反馈无刷电机的转速至所述速度控制单元调整输出至所述电流控制单元的电流控制信息，形成转速闭环控制。使得无刷电机的转速跟随给定电压变化，在动态过程中克服附在扰动的能力强，动态速降小，恢复时间短，实现电机速度变化的平滑性。
作为优选，所述三相逆变电路的同一桥臂具有开关状态为互补的上下两个功率开关器件。使得所述三相逆变电路的六个功率开关器件的基极上可以形成八组不同的开关信号，所述PWM调制单元根据所述电流控制单元输出的电流信号和所述位置反馈单元反馈的位置信息合理的选用和组合前述八组不同的开关信号，为所述无刷电机提供八组不同的空间电压矢量，并调控被选用的空间电压矢量的作用时间，从而有效控制无刷电机的力矩和转速。使得输出电压和电流更接近正弦波，能够在无刷电机的气隙内产生更加接近圆形的旋转磁场，减小力矩脉动和铁芯损耗，使得无刷电机的效率和精度更高，动态性能更好。
作为优选，所述电流反馈单元的采样频率大于所述位置反馈单元的采样频率。
作为优选，所述位置反馈单元为设置在所述无刷电机的轴上的磁敏式位置传感器或者光电式位置传感器或者电磁式位置传感器。
作为优选，所述位置反馈单元为设置在所述无刷电机轴上的霍尔传感器。霍尔传感器具有高精度、良好的线性度、低温漂、抗外界干扰能力强、共模抑制比腔、反应时间块、频带宽等优点。
本发明具有如下有益效果：
1.采用无刷电机，简化了电机的体积，提高了电机的运行效率。
2.采用无刷电机对卷帘门进行驱动控制，实现了卷帘门运行速度在大范围内的连续可调。
3.将开关门位置与无刷电机的转动的转数对应，实现对卷帘门开关门位置的精确控制。
4.卷帘门开关门位置的记忆功能，可设置并保持卷帘门的开关门位置。
5.所述速度反馈单元和所述电流反馈单元实现对无刷电极的精确控制。
6.所述防撞装置提高所述卷帘门的安全保证，防止意外伤人的情况发生。
附图说明
图1一种自动卷帘门系统图。
图2一种自动卷帘门控制系统图。
图3一种卷帘门无刷电机驱动装置结构示意图。
其中，1-运行轨道、2-帘板、3-无刷电机、4-驱动装置、5-控制箱。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。如图1所示的一种自动卷帘门系统，包括运行轨道1、安装在运行轨道1一端并可沿运行轨道滑动的帘板2、传动连接卷帘门并驱动卷帘门上下运动的无刷电机3、与无刷电机3电连接并驱动无刷电机3工作的驱动装置4、与驱动装置4电连接并输入控制信息至驱动装置4的控制箱5。用户通过控制箱5输入工作参数，对驱动装置4进行配置，驱动装置4按照用户输入的工作参数驱动与其电连接的无刷电机3，无刷电机3带动帘板2向上或者向下运动。
如图2所示，控制箱5包括输入单元、存储单元、控制器、通信单元。输入单元5与控制器电连接，用于输入用户配置的工作参数，并输出至控制器。存储单元与控制器电连接，存储由输出单元输入的部分或者全部工作参数，以及卷帘门使用过程中的各种过程参数。通信单元与控制器电连接，控制器通过通信单元与驱动装置进行通信，获取驱动装置的信息以及发送信息至驱动装置。
通过输入单元可以对卷帘门的工作模式进行设置。输入单元包括用于调节卷帘门高速模式和/或低速模式的运行速度的速度调节装置。速度调节装置包括模式选择部和速度调节部，模式选择部可以选择所设置工作模式，可分别高速和低速两种模式。对于卷帘门的每一次开门行程，按时间顺序将其划分为两阶段，第一阶段为高速运行阶段，第二阶段为低速运行阶段。对于卷帘门的每一次关门行程，按时间顺序将其划分为三个阶段，第一阶段为低速运行阶段，第二阶段为高速运行阶段，第三阶段又回到低速运行阶段。在高速运行阶段，无刷电机以较高的转速驱动帘板运动；在低速运行阶段，无刷电机以较低的转速驱动帘板运动。速度调节部为旋钮等可输入连续变化量的连续速度调节部，可以对模式选择部选择的工作模式（高速或者低速）的运行速度进行设置。
输入单元还包括用于设置卷帘门开门位置和/关门位置的位置调节装置。位置调节装置包括状态选择部和高度设置部，状态选择部可以选择所设置的状态为开门状态还是关门状态；高度设置部可对状态选择部选定的状态的卷帘门高度进行设置，并且将设置的开门位置信息和/关门位置信息存储在存储器中。
上述工作参数代表的控制信息配置好以后通过通信单输出至驱动装置以指导驱动装置的工作。如图3所示，驱动装置包括驱动无刷电机工作的驱动电路、检测无刷电机的工作参数并反馈至驱动电路的反馈电路；驱动电路与无刷电机电连接，反馈电路与无刷电机电连接以采集无刷电机的工作参数，反馈电路与驱动电路电连接以将工作参数传递给驱动电路，驱动电路包括接口单元、控制单元、PWM调制单元、三相逆变单元，接口单元与控制单元电连接，控制单元与PWM调制单元电连接，PWM调制单元与三相逆变单元电连接。
控制单元包括速度控制单元和电流控制单元；速度控制单元与接口单元电连接，速度控制单元与电流控制单元电连接，速度控制单元根据来自接口单元的输入的速度控制信息，输出电流控制信息至电流控制单元；电流控制单元与PWM调制单元电连接，电流控制单元根据来自电流控制单元的电流控制信息和来自电流反馈单元的位置信息调整PWM调制单元的输出信号。
反馈电路包括位置反馈单元和电流反馈单元。位置反馈单元为设置在无刷电机轴上的磁敏式位置传感器或者光电式位置传感器或者电磁式位置传感器。本实施例中优选磁敏式位置传感器中的霍尔传感器。位置反馈单元一方面检测无刷电机定子和转子的相对位置并为PWM调制单元提供无刷电机绕组的换向信号；另一方面可以在驱动电路设置转速计算单元，转速计算单元与位置反馈单元电连接，转速计算单元与速度控制单元电连接。转速计算单元根据来自位置反馈单元的位置信息计算转速信息并将转速信息输出至速度控制单元，速度控制单元根据来自接口单元的速度控制信息和来自转速计算单元的转速信息调整输出至电流控制单元的电流控制信息。将3个霍尔传感器安装于无刷电机的轴上，采集无刷电机转子的位置信息并反馈至PWM调速单元。PWM调速单元根据控制单元输出的控制信息和位置反馈单元采集的位置信息调整PWM调速单元的输出信号。
电流反馈单元与无刷电机和速度控制单元电连接，电流反馈单元采集无刷电机的电流信号并反馈至电流控制单元，电流控制单元根据速度控制单元输出的电流控制信息和电流反馈单元采集的电流信号调整输出至PWM调制单元的电流信号，PWM调制单元根据来自电流控制单元的电流信号和来自位置反馈单元的位置信息调整PWM调制单元的输出信号。
控制单元采用电流和速度的双闭环控制接口控制驱动装置的输出信号，电流控制单元输出的电流信号根据速度控制单元输出的电流控制信号和电流反馈单元反馈的电流信号；而速度控制单元输出至电流控制单元的电流控制信号又根据由控制箱的输入单元输入并经通信单元传输至驱动装置的速度控制信息和转速计算单元根据位置反馈单元反馈的位置信息计算的转速来进行调整的。位于内环的电流反馈单元的采样频率需大于位于外环的位置反馈单元的采样频率，可以保证系统响应的快速性。
三相逆变电路的同一桥臂具有开关状态为互补的上下两个功率开关器件。三相逆变电路的六个功率开关器件的基极上可以形成八组不同的开关信号，PWM调制单元根据电流控制单元输出的电流信号和位置反馈单元反馈的位置信息合理地选用和组合前述八组不同的开关信号，为无刷电机提供八组不同的空间电压矢量，并调控被选用的空间电压矢量的作用时间，从而有效控制无刷电机的力矩和转速。使得输出电压和电流更接近正弦波，能够在无刷电机的气隙内产生更加接近圆形的旋转磁场，减小力矩脉动和铁芯损耗，使得无刷电机的效率和精度更高，动态性能更好。其开关功率元件选择绝缘栅双极功率管，其综驱动功率小而且饱和压降低。
卷帘门底部设置防撞装置，防撞装置与控制箱电连接。。防撞装置由上下两块金属导体和中间的压电橡胶组成，放在卷帘门的最下方，当卷帘门撞到物体或人员时，橡胶收到压力后导通两块金属体，产生防撞信息并发送至控制箱。控制箱接收到防撞信息，控制卷帘门紧急上升。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。