一、矢量控制系統(tǒng)在醫(yī)用門上的應用

(1)矢量控制

該項目應用產(chǎn)品是國內(nèi)醫(yī)用門業(yè)中采用矢量控制技術(shù)驅(qū)動稀土永磁直驅(qū)電機，以替代市場上方波控制驅(qū)動直流無刷電機的產(chǎn)品。在工業(yè)控制領域中，矢量控制技術(shù)的應用相對成熟，常見的產(chǎn)品有伺服控制器、矢量變頻器等，而在民用領域普及相對滯后，如近10年開發(fā)的變頻空調(diào)、出口歐美的高檔變頻風機等。其原理是通過測量和控制電機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理，分別控制電機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流。另外， FOC控制方式還具有力矩波動小、效率高、動態(tài)響應快等優(yōu)點.醫(yī)用門經(jīng)矢量控制后，運行順暢，效果良好。一般的方波控制系統(tǒng)根本看不到緩沖頓挫。

方波控制和本項目正弦波控制波形對比

醫(yī)用門矢量控制器運行波形圖

此外，該項目采用改進型FOC永磁同步電機控制策略，采用速度環(huán)直接輸出q軸電壓的方式，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，通過設定q軸電流限制值，比較速度環(huán)和電流環(huán)輸出q軸電壓，防止電流過大損壞電力部件。

普通FOC控制原理圖

改進式FOC控制原理圖

(2)稀土永磁直驅(qū)電機

該項目用稀土永磁直驅(qū)電機代替直流無刷電機。電動機轉(zhuǎn)子采用高磁密性稀土磁鋼，與鐵氧體磁鋼相比，在相同電流和匝數(shù)下有數(shù)倍的轉(zhuǎn)矩輸出；結(jié)構(gòu)設計上，定子采用分水槽集中繞線，大大減少定子端部無效邊，減少繞線電阻，提高電動機效率，同時減少不可再生資源的浪費。因此在低速時仍能保持較大的轉(zhuǎn)矩，不需要減速機，從而使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單，穩(wěn)定，高效，壽命更長。

安裝實物圖

二、項目的技術(shù)指標對比

醫(yī)用自動門矢量控制的技術(shù)參數(shù)和市場上的常用產(chǎn)品的技術(shù)指標對比如下：

三 、先進性分析

(1)靜音性能

驅(qū)動負荷為150 KG門體，聲音分貝儀表在全貼電動機時，本項目電動機為47分貝電動機，遠低于市場產(chǎn)品73分貝的分貝，屬于靜音級，在室內(nèi)使用有明顯優(yōu)勢。該方案采用 PWM (即高速開關 MOS管)，將勵磁電流從小變大，形成正弦波形，沒有換向電流的突變，從而大大降低了電機運行噪聲。

醫(yī)療自動化領域?qū)\行噪聲的要求比較高，市場上常用的減速電機，一般采用1:16的減速比，運行噪聲如果控制不好相對來說還是比較大的，運行噪聲一般在65dB以上，在醫(yī)院手術(shù)室比較安靜的環(huán)境下，噪聲聽起來還是比較大的。但采用矢量控制就能很好地解決這一問題，矢量電機采用直驅(qū)方式，無減速箱，運行噪聲在47dB以內(nèi)，降低35%。另外一種情況是，在斷電的情況下，用手動方式推拉門的差別也很大，減速箱電機一般需要100N的力量才能推拉門，這是因為減速箱阻力的存在，但永磁直驅(qū)電機，由于沒有減速箱，用40N的力量就能輕松推拉門，即兩根手指就能輕松開門。

大負載情況下本項目電機(左)  和直流無刷電機(右)的聲音對比

(2)電機效率提升

電機效率在自動門達200轉(zhuǎn)/分鐘前提下，可提升約15%。

方波控制和正弦波控制的電機效率對比

(3)成本和故障率的降低

       在電動機結(jié)構(gòu)上，由于采用了永磁直驅(qū)電動機，因此減少了醫(yī)用自動門電動機的大故障點——減速機，使電動機故障率從平均7%降低到不超過1%。與減速電機相比，由于沒有減速箱，沒有齒輪潤滑油，潤滑油對溫度的變化有影響，當環(huán)境溫度較高時，容易出現(xiàn)滲油情況，電機表面看起來臟兮兮的，當環(huán)境溫度較低時，潤滑油變得粘稠，影響電機運行，曾經(jīng)在我國北方嚴寒地區(qū)出現(xiàn)過，電機上午不能用，下午又能用。正是由于環(huán)境溫度的原因。捷申達采用永磁直驅(qū)電機，沒有減速箱工藝，很好地解決了這一難題。不管環(huán)境溫度如何變化，上述情況都不會發(fā)生。

本項目產(chǎn)品一電機

市場上通用直流無刷電機