矢量控制系統(tǒng)在醫(yī)用門(mén)上的應(yīng)用
(1)矢量控制
本項(xiàng)目應(yīng)用產(chǎn)品是醫(yī)用門(mén)行業(yè)首個(gè)采用矢量控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)稀土永磁直驅(qū)電機(jī)用來(lái)取代市場(chǎng)上的方波控制驅(qū)動(dòng)直流無(wú)刷電機(jī)的產(chǎn)品。矢量控制技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用的相對(duì)成熟，常見(jiàn)到的產(chǎn)品有伺服控制器、矢量變頻器等，在民用領(lǐng)域普及相對(duì)滯后，比如近10年發(fā)展起來(lái)的變頻空調(diào)、出口歐美的高端變頻風(fēng)扇等。他的原理是通過(guò)測(cè)量和控制電機(jī)的定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)電機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制。同時(shí)FOC控制方式還具備轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小、效率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn).醫(yī)用門(mén)采用矢量控制后，運(yùn)行更流暢，運(yùn)行效果更好?；究床坏揭话惴讲刂葡到y(tǒng)的緩沖頓挫感。
圖二十二：方波控制和本項(xiàng)目正弦波控制波形對(duì)比
圖二十五：醫(yī)用門(mén)矢量控制器運(yùn)行波形圖
除此以外，本項(xiàng)目采用了一種改進(jìn)式 FOC 永磁同步電機(jī)控制策略，采用速度環(huán)直接輸出 q軸電壓 的方式來(lái)提高系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性，并通過(guò)設(shè)定 q軸電流限幅值，對(duì)速度環(huán)和電流環(huán)輸出q軸電壓進(jìn)行比較限幅，來(lái)防止電流超調(diào)過(guò)大對(duì)功率器件的損壞。
圖二十三：普通FOC控制原理圖
圖二十四：改進(jìn)式FOC控制原理圖
(2)稀土永磁直驅(qū)電機(jī)
本項(xiàng)目產(chǎn)品采用稀土永磁直驅(qū)電機(jī)取代直流無(wú)刷電機(jī)。該電機(jī)轉(zhuǎn)子采用高磁密的稀土磁鋼，在相同電流和匝數(shù)下較鐵氧體磁鋼有數(shù)倍的扭矩輸出;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上定子采用分?jǐn)?shù)槽集中繞線(xiàn)，大大降低定子端部銅線(xiàn)(無(wú)效邊)用量，減少繞組電阻，提高電機(jī)效率，同時(shí)減少了對(duì)不可再生資源的浪費(fèi)。所以在低轉(zhuǎn)速情況下仍然能保持較大的扭矩,無(wú)需減速器,從而使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、高效，壽命更長(zhǎng)。
圖：安裝實(shí)物圖
二、項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比
醫(yī)用自動(dòng)門(mén)矢量控制的技術(shù)參數(shù)和市場(chǎng)上的常用產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比如下：
三 先進(jìn)性分析
(1)靜音性能
帶動(dòng)負(fù)載為150KG門(mén)體，聲音分貝儀器在完全貼著電機(jī)的情況下，本項(xiàng)目電機(jī)為47分貝，遠(yuǎn)低于市場(chǎng)品牌產(chǎn)品的73分貝，屬于安靜級(jí)別，在室內(nèi)使用有著明顯的優(yōu)勢(shì)。本項(xiàng)目控制器通過(guò)PWM(也就是高速開(kāi)關(guān)MOS管)改變電流勵(lì)磁為從小到大，形成正弦形波形，無(wú)換相電流突變，因此電機(jī)運(yùn)行噪聲大幅降低。
在醫(yī)用自動(dòng)們領(lǐng)域?qū)\(yùn)行噪音的要求相對(duì)較高，市場(chǎng)上常用的減速電機(jī)，一般采用1:16的減速比，運(yùn)行起來(lái)的噪音如果控制不好相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較大的，運(yùn)行噪音一般是高于65dB,在醫(yī)院手術(shù)室相對(duì)安靜的環(huán)境，聽(tīng)起來(lái)噪音還是比較大的。但是采用矢量控制就很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，矢量電機(jī)采用直驅(qū)方式，沒(méi)有了減速箱，運(yùn)行噪音在47dB以?xún)?nèi)，降低了35%。還有一個(gè)情況是，在斷電情況下，用手動(dòng)方式推拉門(mén)的時(shí)候差別也是很多，減速箱電機(jī)一般需要100N的力量可以推拉動(dòng)門(mén)，這是因?yàn)闇p速箱阻力的存在，但是永磁直驅(qū)電機(jī)，因?yàn)闆](méi)有減速箱，用40N的力量就可以輕松推拉門(mén)，就是兩根手指就可以輕松開(kāi)門(mén)。
圖二十六：在最大負(fù)載情況下本項(xiàng)目電機(jī)(左)和直流無(wú)刷電機(jī)(右)的聲音對(duì)比
(2)電機(jī)效率提升
電機(jī)效率在自動(dòng)門(mén)最達(dá)200轉(zhuǎn)/分鐘前提下，可提升約15%。
圖二十七：方波控制和正弦波控制的電機(jī)效率對(duì)比
(3)成本和故障率的降低
從電機(jī)結(jié)構(gòu)上，由于采用永磁直驅(qū)電機(jī)，從而少掉了醫(yī)用自動(dòng)門(mén)電機(jī)的最大故障點(diǎn)—減速器，使得電機(jī)的故障率可以從平均7%降至1%以?xún)?nèi)。對(duì)比減速電機(jī)，因?yàn)闆](méi)有了減速箱，無(wú)需齒輪潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油對(duì)溫度的變化有影響，環(huán)境溫度高的時(shí)候，容易出現(xiàn)滲油情況，電機(jī)表面看上去臟乎乎的，環(huán)境溫度低的時(shí)候，潤(rùn)滑油變的粘稠，影響電機(jī)的運(yùn)行，曾經(jīng)在我國(guó)北方嚴(yán)寒地區(qū)出現(xiàn)過(guò)這種情況，電機(jī)上午不能用，下午又可以用。就是因?yàn)榄h(huán)境溫度的原因。摩恩科采用永磁直驅(qū)電機(jī)，無(wú)減速箱工藝，就很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。無(wú)論環(huán)境溫度怎么變換，都不會(huì)出現(xiàn)上述情況。
圖二十八：本項(xiàng)目產(chǎn)品一電機(jī)(左)和市場(chǎng)上通用直流無(wú)刷電機(jī)(右)
