本发明涉及电机控制技术，特别涉及一种由电机驱动的机构确定开关时间的方法及系统。
背景技术：
电机可以驱动很多种类型的机构运行，例如电机驱动自动门或通道闸机的门翼的自动开闭，使用户通行。自动门是在识别到开关信号后，由电机驱动门扇的开关，供人通道的门系统总称，包括平滑自动门、旋转自动门、平开自动门或折叠自动门等。闸机安装在人员通道的出入口，通过机身与机身或机身与其他建筑物设施之间形成人员通行通道，通过电控阻挡装置和/或指示装置和/或引导人员按照指定方向有序通行的一种出入口控制系统的执行设备，其门翼是由电机驱动开关。
针对电机的不同类型通常使用不同的控制技术，以控制不同类型的电机驱动机构进行动作。对于无刷直流电机(bldc，brushlessdirectcurrent)通常采用三相六步换相的比例、积分及微分(pid)调节的闭环控制技术，成本比较高。对于永磁同步电机(pmsm，permanentmagnetsynchronousmotor)，通常采用先进的磁场定向控制(foc，field-orientedcontrol)技术，控制pmsm驱动机构运行，实现精确的位置控制(例如闸机门翼或自动门门扇的位置控制)，要求pmsm的foc系统采用位置环、速度环和电流环的三环控制。采用pmsm的foc系统的闭环控制技术可以实现闸机门翼或自动门门扇的开关时间的精确控制，但是为了实现foc系统的三环控制，则需要诸如光电编码器或磁电编码器等配有精度较高的位置传感器采集电机运行状态信号，才能实现，成本较高且不容易实现。
对于有刷电机或步进电机的控制，可以配置到位接触开关或光电开关等低精度的位置传感器采集机构运动的位置信号后，传输给诸如可编程逻辑控制器(plc)或低端单片机的控制单元对有刷电机或步进电机驱动机构开关的电压或电流进行调整，以此对诸如闸机门翼或自动门门扇的机构的开关时间进行控制。
但是，上述过程采用开环控制方式，对有刷电机或步进电机进行控制，当采用低精度的位置传感器采集的位置信号作为电机控制的输入时，就会导致电机驱动机构的开关时间与预期的开关时间有偏差，造成机构的开关时间不准确。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例提供一种由电机驱动的机构确定开关时间的方法，该方法在对驱动机构的电机采用开环控制时，使得电机驱动驱动机构的开关时间准确。
本发明实施例还提供了一种由电机驱动的机构确定开关时间的系统，该系统在对驱动机构的电机采用开环控制时，使得电机驱动驱动机构的开关时间准确。
本发明实施例提供了一种由电机驱动的机构确定开关时间的方法，所述方法包括：
本次电机驱动机构开关过程中，根据位置传感器采集的机构运动的位置信号确定机构开关时间，将所述确定的机构开关时间与设置的期望开关时间比较，得到开关时间误差值；
根据开关时间误差值计算得到补偿控制量；
在所设置的控制量上增加所述补偿控制量后得到最终控制量，在下次电机驱动机构开关时，根据最终控制量控制电机驱动机构开关。
较佳地，所述根据位置传感器采集的机构运动的位置信号确定机构开关时间包括：
获取电机的启动时间，及获取位置传感器识别到电机驱动机构的关闭位置时的关闭时间，将所获取的电机启动时间与获取的关闭时间之差作为所确定的机构开关时间。
较佳地，所述将所述确定的机构开关时间与设置的期望开关时间比较，得到开关时间误差值包括：
将所述确定的机构开关时间与设置的对应开关速度档位下的期望开关时间比较，将两者之差作为得到的对应开关速度档位下的开关时间误差值。
较佳地，所述根据开关时间误差值计算得到补偿控制量包括：基于电机的比例积分pi控制方式，根据开关时间误差值计算得到补偿控制量；
所述在所设置的电机控制量上增加该补偿控制量后得到最终控制量包括：
将所设置的电机控制量，与所述补偿控制量之和作为得到的最终控制量。
较佳地，在根据最终控制量控制电机驱动机构开关之前，还包括：
判断得到的最终控制量是否大于设置的最大控制量，如果否，则根据最终控制量控制电机驱动机；如果是，则根据设置的最大控制量控制电机驱动机构开关。
较佳地，所述根据最终控制量控制电机驱动机构开关包括：
根据最终控制量，输出对应的脉冲宽度调制pwm信号，控制电机驱动机构开关。
一种由电机驱动的机构确定开关时间的系统，包括：位置传感器、开关时间计算单元、时间控制单元及调制单元，其中，
位置传感器，用于采集机构运动的位置信号；
开关时间计算单元，用于根据位置传感器采集的机构运动的位置信号确定机构开关时间，将所述确定的机构开关时间与设置的期望开关时间比较，得到开关时间误差值；
时间控制单元，用于根据开关时间误差值计算得到补偿控制量，在所设置的电机控制量的基础上增加该补偿控制量后得到最终控制量；
调制单元，用于在下次电机驱动机构开关时，根据最终控制量控制电机驱动机构开关。
较佳地，所述开关时间计算单元，还用于获取电机的启动时间，及获取位置传感器识别到电机驱动机构的关闭位置时的关闭时间，将所获取的电机启动时间与获取的关闭时间之差作为所确定的机构开关时间。
较佳地，所述开关时间计算单元，还用于将所述确定的机构开关时间与设置的对应开关速度档位下的期望开关时间比较，将两者之差作为得到的对应开关速度档位下的开关时间误差值。
较佳地，所述时间控制单元，还用于基于电机的比例积分pi控制方式，根据开关时间误差值计算得到补偿控制量；
所述时间控制单元，还用于将所设置的电机控制量与所述补偿控制量之和作为得到的最终控制量。
如上所见，本发明实施例在本次电机驱动机构开关过程中，根据位置传感器采集的位置信号确定机构开关时间，与设置的期望开关时间比较，得到开关时间误差值；根据开关时间误差值计算得到补偿控制量；在所设置的电机控制量的基础上增加该补偿控制量后得到最终控制量，在下次电机驱动机构开关时，根据最终控制量控制电机驱动机构进行开关。因此，本发明实施例在对驱动机构的电机采用开环控制时，考虑到了低精度传感器采集的位置信号不准确而导致确定的本次机构开关时间不准确的情况，对本次机构开关时间不准确的情况，在下次电机驱动机构开关时，进行了控制电机的控制量补偿，从而使得电机驱动机构的开关时间逐步趋于准确。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种由电机驱动的机构确定开关时间的方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种由电机驱动的机构确定开关时间的系统结构示意图；
图3为本发明实施例提供的由电机驱动的机构确定开关时间的方法例子示意图；
图4为本发明实施例提供的电机开环控制系统示意图；
图5为本发明实施例提供的开关时间计算单元计算得到机构的开关时间的方法流程图；
图6为采用使用本发明实施例提供方法下的左右两个通道开关门时间变化曲线图；
图7为使用传统方法下的左右两个通道开关门时间变化曲线图；
图8为在使用本发明方法和传统方法下的左右通道开关时间误差变化曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
从背景技术可以看出，当采用开环控制方式，对有刷电机或步进电机进行控制，使得电机驱动机构进行开关时，在采用低精度的位置传感器采集的位置信息作为电机控制的输入时，就会导致电机驱动机构的开关时间与预期的开关时间有偏差，造成了机构的开关时间不准确。
特别地，当机构为自动门或通道闸机时，如果自动门或通道闸机的门扇为至少两扇时，比如是左右两扇时，就需要两台有刷电机或步进电机分别驱动左右两扇门进行开关，则会因为不同的有刷电机或步进电机分别驱动左右两扇门的开关时间不同，而出现左右两扇门的开关时间无法同步问题，极大影响用户体验。
为了克服这个问题，本发明实施例在本次电机驱动机构开关过程中，根据位置传感器采集的机构运动的位置信号确定机构开关时间，与设置的期望开关时间比较，得到开关时间误差值；根据开关时间误差值计算得到补偿控制量；在确定的下次电机的控制量的基础上增加该补偿控制量后得到最终控制量，在下次电机驱动机构开关时，根据最终控制量控制电机驱动机构开关。
因此，本发明实施例在对驱动机构的电机采用开环控制时，考虑到了低精度传感器采集的位置信号不准确而导致确定的本次机构开关时间不准确的情况，对本次机构开关时间不准确的情况，在下次电机驱动机构开关时，进行了控制电机的控制量补偿，从而使得电机驱动机构的开关时间逐步趋于准确。
特别地，当机构为自动门或通道闸机时，如果自动门或通道闸机的门扇为至少两扇时，比如是左右两扇时，由于不同的有刷电机或步进电机分别驱动左右两扇门的开关时间准确，都趋于期望开关时间，所以使得左右两扇门的开关时间同步，提高了用户体验度。
图1为本发明实施例提供的一种由电机驱动的机构确定开关时间的方法流程图，其具体步骤包括：
步骤101、本次电机驱动机构开关过程中，根据位置传感器采集的机构运动的位置信号确定机构开关时间，将所述确定的机构开关时间与设置的期望开关时间比较，得到开关时间误差值；
步骤102、根据开关时间误差值计算得到补偿控制量；
步骤103、在所设置的控制量上增加该补偿控制量后得到最终控制量，在下次电机驱动机构开关时，根据最终控制量控制电机驱动机构开关。
在该方法中，所述根据位置传感器采集的机构运动的位置信号确定机构开关时间包括：
获取电机的启动时间，及获取位置传感器识别到电机驱动机构的关闭位置时的关闭时间，将所获取的电机启动时间与获取的关闭时间之差作为所确定的机构开关时间。
在该方法中，将所述确定的机构开关时间与设置的期望开关时间比较，得到开关时间误差值包括：
将所述确定的机构开关时间与设置的对应开关速度档位下的期望开关时间比较，得到对应开关速度档位下的开关时间误差值。在具体比较时，是所述确定的机构开关时间与设置的对应开关速度档位下的期望开关时间之间的差值。
在这里，所述设置的期望开关时间实际上就是根据用户需求针对不同开关速度档位的开关时间。
也就是说，该方法对电机驱动机构的控制补偿是建立在机构的不同开关速度档位下的，这样，能够使得补偿更精确。在这里，机构的不同开关速度档位反映了机构在正常使用过程中的不同开关速度模式，可以设置为多档，比如1～10档等。
在该方法中，所述根据开关时间误差值计算得到补偿控制量包括：基于电机的比例积分(pi)控制方式，根据开关时间误差值计算得到补偿控制量。这样，就可以得到更为精确的补偿控制量。
电机驱动机构的运行过程可以分为启动阶段、正常运行阶段、停车阶段和故障阶段，该方法所适用的阶段是电机驱动机构的正常运行阶段。
在该方法中，在所设置的电机控制量的基础上增加该补偿控制量后得到最终控制量包括：将所设置的电机控制量与所述补偿控制量之和，作为得到最终控制量。
进一步地，在根据最终控制量控制电机驱动机构开关之前，还包括：
判断得到的最终控制量是否大于设置的最大控制量，如果否，则根据最终控制量控制电机驱动机；如果是，则根据设置的最大控制量控制电机驱动机构开关。这样，就可以防止电机驱动机构开关的控制量不超出电机的承受范围，保证电机的安全。
在该方法中，所述根据最终控制量控制电机驱动机构开关包括：
根据最终控制量，输出对应的脉冲宽度调制(pwm)信号，控制电机驱动机构开关。
图2为本发明实施例提供的一种由电机驱动的机构确定开关时间的系统结构示意图，包括：位置传感器、开关时间计算单元、时间控制单元及调制单元，其中，
位置传感器，用于采集机构运动的位置信号；
开关时间计算单元，用于根据位置传感器采集的机构运动的位置信号确定机构开关时间，将所述确定的机构开关时间与设置的期望开关时间比较，得到开关时间误差值；
时间控制单元，用于根据开关时间误差值计算得到补偿控制量，在所设置的电机控制量的基础上增加该补偿控制量后得到最终控制量；
调制单元，用于在下次电机驱动机构开关时，根据最终控制量控制电机驱动机构开关。
在该系统中，机构的动作是由电机通过电机传动机芯驱动实现的，在图中，位置传感就可以采集传动机芯的位置，即机构运动的位置信号。
在该系统中，所述开关时间计算单元，还用于获取电机的启动时间，及获取位置传感器识别到电机驱动机构的关闭位置时的关闭时间，将所获取的电机启动时间与获取的关闭时间之差作为所确定的机构开关时间。
进一步地，所述开关时间计算单元，还用于将所述确定的机构开关时间与设置的对应开关速度档位下的期望开关时间比较，得到对应开关速度档位下的开关时间误差值。在具体比较时，是所述确定的机构开关时间与设置的对应开关速度档位下的期望开关时间之间的差值。
在该系统中，所述时间控制单元，还用于基于电机的比例积分控制方式，根据开关时间误差值计算得到补偿控制量。
在该系统中，所述调制单元，还用于将所设置的电机控制量与所述补偿控制量之和，作为得到的最终控制量。
图3为本发明实施例提供的由电机驱动的机构确定开关时间的方法例子示意图，包括：
步骤301、根据位置传感器采集机构运动的位置信号，开关时间计算单元计算得出第k次开关速度档位为n的开关门时间tn(k)；
其中，n为自然数，k为自然数；
步骤302、设置第k次开关速度档位为n的期望开关门时间t*n(k)，将期望开关门时间t*n(k)与开关门时间tn(k)在时间比较器的作用下得到开关时间误差值δtn(k)；
步骤303：根据开关时间误差值δtn(k)在时间控制单元的作用下，计算得到下一次开关速度档位为n的控制补偿量sc(k 1)，将电机正常运行阶段中时刻t的控制量s(t)与电机控制补偿量sc(k)求和得到电机的最终控制量sl(t)；
步骤304：按照电机的最终控制量sl(t)，调制单元输出机构所需的控制电机的pwm信号。
在图3的过程中，步骤301所述的开关时间计算单元根据电机的启动时间与电机的停车时间计算机构的第k次的开关时间的。
在图3的过程中，步骤301所述的不同开关速度档位反映了机构在正常使用过程中的不同开关速度模式，一般速度档位1～10档。
在图3的过程中，步骤302所述的期望开关时间t*n(k)是指根据用户需求针对不同开关速度档位的开关时间设定值。
在图3的过程中，步骤302所述的开关时间误差值δtn(k)为：δtn(k)＝t*n(k)-tn(k)。
在图3的过程中，步骤302所述的时间控制单元是按照pi控制方式设计的，但此时间控制单元的设计不局限于pi控制算法，任何可以消除误差的控制算法都适用。
所述的电机驱动机构时，按照机构运行过程大致分为启动阶段、正常运行阶段、停车阶段和故障阶段，图3涉及的仅仅是补偿的阶段为电机驱动机构的正常运行阶段。
在图3的过程中，最终控制量sl(t)为：sl(t)＝s(t) sc(k)。
进一步地，当电机的最终控制量sl(t)的幅值|sl(t)|满足：|sl(t)|>smax时，sl(t)＝smax，smax为时间控制单元所能输出的最大输出值时。
可以看出，本发明实施例解决了当机构为多个时，比如闸机的左右两个门翼或自动门的左右两个门扇时，不同电机在驱动不同机构时，无法使得不同机构的开关时间同步的问题。本发明实施例应用在电机采用开环控制方式时，所采用的位置传感器精度不高的情况。本发明实施例提供的电机开环控制系统示意图如图4所示，包括：调制单元、h桥驱动电路、时间控制单元、开关时间计算单元、位置传感器器、直流有刷电机以及电机机芯。以图4为例，说明整个本发明实施例具体的实现过程，以机构是闸机的门翼为例，对本发明实施例进行详细说明。
步骤一：根据位置传感器采集到的机构运动的位置信号，开关时间计算单元计算得出第k次开关速度档位为n的开关时间tn(k)，其中开关时间计算单元具体实现过程如图5所示。
在本步骤中，根据图5可知首先接收闸机的开/关门命令并更新电机状态，然后判断电机是否开始起动，如果电机开始起动，定时器开始计时，并获取位置传感器的位置信号，根据位置信号实时更新电机状态，接下来判断电机是否已经停车，如果电机已经停车，代表第k次开/关门动作已经完成，停止定时器计时，将数值赋值给tn(k)，定时器清零，完成此次开/关门时间计算。
步骤二：设置第k次开关速度档位为n的期望开关时间t*n(k)，期望开关时间值是根据用户需求进行设定，将期望开关时间t*n(k)与步骤一计算得到的开关门时间tn(k)在时间比较器的作用下得到时间误差δtn(k)，时间误差的计算公式为：δtn(k)＝t*n(k)-tn(k)。
步骤三：根据时间误差δtn(k)在时间控制单元的作用下，计算得到下一次开关速度档位为n的电机的控制补偿量sc(k 1)，其中时间控制单元是按照pi控制方式设置的，所以电机的控制补偿量sc(k 1)的计算公式为：sc(k 1)＝sc(k) kpδtn(k)，其中kp为时间控制增益，根据需要设置。
在本步骤中，电机的工作过程大致分为：起动阶段、正常运行阶段、停车阶段、故障阶段，电机的控制补偿阶段处于电机的正常运行阶段，因此将正常运行阶段中时刻t的电机控制量s(t)与电机控制补偿量sc(k)求和得到电机最终控制量sl(t)，电机的最终控制量的计算公式为sl(t)＝s(t) sc(k)。
在本例子中，所选择的是有刷直流电机，电机的控制量为电压值，所以当前时刻的电机的最终控制量sl(t)的幅值要低于最大输出值，即|sl(t)|＜smax，smax为时间控制单元所能输出的最大值，一般取最大电压值的95％。
步骤四：按照电机的最终控制量sl(t)变化，通过调制单元对电机的最终控制量进行调制，产生驱动信号，即pwm信号控制电机运行，由电机驱动闸机门翼进行开关。
图5为本发明实施例提供的开关时间计算单元计算得到机构的开关时间的方法流程图，该例子以机构采用闸机为例，该开关时间计算单元为控制电机的控制器的主要一部分，其具体实现为：
步骤501、接收闸机的开/关门命令并更新电机状态；
步骤502、判断电机是否开始起动，如果是，则执行步骤503；如果否，则返回步骤501继续执行；
步骤503、所设置的定时器开始计时，获取位置传感器的位置信号，根据位置信号实时更新电机状态；
步骤504、根据所更新的电机状态判断电机是否已经停车，如果是，则执行步骤505；如果否，则返回步骤503继续执行；
步骤504、确定闸机的门翼的第k次开/关门动作已经完成，停止定时器计时，将数值赋值给tn(k)，定时器清零，完成此次机构的开关时间计算。
采用本发明实施例提供的方法与传统的由电机驱动闸机门翼的开关方法进行比较测试。测试环境采用双通道闸机门翼进行开关门测试，双通道分为左通道和右通道，电机选择直流有刷电机，传动机构选择为槽轮传动机构，位置传感器选择光电开关，控制电机的控制器的主控芯片选择主频48mhz的控制器芯片，根据用户需求开关门时间设置为1.4s，左右通道时间误差正负0.1s。测试结果如图6、图7及图8所示。其中图6为采用使用本发明实施例提供方法下的左右两个通道开关门时间变化曲线图，图7为使用传统方法下的左右两个通道开关门时间变化曲线图，图8为在使用本发明方法和传统方法下的左右通道开关时间误差变化曲线图。
根据对图6及图7的分析可知，左右通道在前几次开关门过程中，都存在较大时间误差，主要原因是直流有刷电机本身一致性较差，机芯结构比较复杂，机芯一致性难以保证，难免出现左右通道存在负载不一致的情况，由于使用低精度位置传感器，电机控制采用开环控制方式，速度调节能力差，当负载不一致时，难以保证左右通道开关门速度一致，从而出现了较大的时间误差。进一步比较图6及图7的曲线变化，图6中左右通道的时间误差在不断减小，在开关门次数20次左右的时候，左右通道时间误差已经减小到0.1s以内，左右通道不同步现象显著改善，满足用户需求。仅采用传统同步的方法，左右通道时间误差在不断循环波动，没有有效解决左右通道开关门时间不同的问题。根据图8时间误差曲线图可以更加直观可见，采用本发明方法，时间误差从最大误差0.8秒逐渐趋近于零，能够有效调节左右通道时间误差，而采用传统方法，时间误差一直在0.2s至0.5s间波动，无法有效调节左右通道时间误差，根据上述分析可知，本发明实施例的控制闸机开关门时间的电机控制方法是有效的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
1.一种由电机驱动的机构确定开关时间的方法，其特征在于，所述方法包括：
本次电机驱动机构开关过程中，根据位置传感器采集的机构运动的位置信号确定机构开关时间，将所述确定的机构开关时间与设置的期望开关时间比较，得到开关时间误差值；
根据开关时间误差值计算得到补偿控制量；
在所设置的控制量上增加所述补偿控制量后得到最终控制量，在下次电机驱动机构开关时，根据最终控制量控制电机驱动机构开关。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据位置传感器采集的机构运动的位置信号确定机构开关时间包括：
获取电机的启动时间，及获取位置传感器识别到电机驱动机构的关闭位置时的关闭时间，将所获取的电机启动时间与获取的关闭时间之差作为所确定的机构开关时间。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述确定的机构开关时间与设置的期望开关时间比较，得到开关时间误差值包括：
将所述确定的机构开关时间与设置的对应开关速度档位下的期望开关时间比较，将两者之差作为得到的对应开关速度档位下的开关时间误差值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据开关时间误差值计算得到补偿控制量包括：基于电机的比例积分pi控制方式，根据开关时间误差值计算得到补偿控制量；
所述在所设置的电机控制量上增加该补偿控制量后得到最终控制量包括：
将所设置的电机控制量，与所述补偿控制量之和作为得到的最终控制量。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据最终控制量控制电机驱动机构开关之前，还包括：
判断得到的最终控制量是否大于设置的最大控制量，如果否，则根据最终控制量控制电机驱动机；如果是，则根据设置的最大控制量控制电机驱动机构开关。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据最终控制量控制电机驱动机构开关包括：
根据最终控制量，输出对应的脉冲宽度调制pwm信号，控制电机驱动机构开关。
7.一种由电机驱动的机构确定开关时间的系统，其特征在于，包括：位置传感器、开关时间计算单元、时间控制单元及调制单元，其中，
位置传感器，用于采集机构运动的位置信号；
开关时间计算单元，用于根据位置传感器采集的机构运动的位置信号确定机构开关时间，将所述确定的机构开关时间与设置的期望开关时间比较，得到开关时间误差值；
时间控制单元，用于根据开关时间误差值计算得到补偿控制量，在所设置的电机控制量的基础上增加该补偿控制量后得到最终控制量；
调制单元，用于在下次电机驱动机构开关时，根据最终控制量控制电机驱动机构开关。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述开关时间计算单元，还用于获取电机的启动时间，及获取位置传感器识别到电机驱动机构的关闭位置时的关闭时间，将所获取的电机启动时间与获取的关闭时间之差作为所确定的机构开关时间。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述开关时间计算单元，还用于将所述确定的机构开关时间与设置的对应开关速度档位下的期望开关时间比较，将两者之差作为得到的对应开关速度档位下的开关时间误差值。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述时间控制单元，还用于基于电机的比例积分pi控制方式，根据开关时间误差值计算得到补偿控制量；
所述时间控制单元，还用于将所设置的电机控制量与所述补偿控制量之和作为得到的最终控制量。
技术总结