航空三级式发电系统非线性建模与硬件在环实现

针对航空三级式发电系统在故障诊断与状态监控研究中进展缓慢的问题,对系统的非线性关系和信号传递逻辑进行了研究,建立了发电系统的非线性模型,构建了硬件在环测试平台。首先利用电流-磁链神经网络,拟合了电机电流-磁链的非线性关系;其次提出变参数平均值模型的改进型,准确预测了旋转整流器的输出电压降;最后分析了系统的信号传递逻辑,完成了对系统的非线性建模。结合航空三级式发电系统的非线性模型和RT-LAB实时仿真机完成了硬件在环测试平台的构建,并利用GJB 181B—2012标准对平台进行了有效性验证和控制能力的验证。验证结果表明,在小型单发飞机所需的发电系统输出功率为45 kV·A的条件下,平台输出三相交流电的稳态电压为113.0174 V、电压不平衡度为0.2532 V、电压调制幅度为2.0596 V,满足GJB 181B—2012标准对供电品质的要求,并且还可以在30~50 kV·A内跟踪任意指定输出功率。该平台利用非线性建模技术、硬件在环技术打破了传统航空发电系统研究中对于实验环境的要求,可以降低研究成本、缩短研究周期,对于航空发电系统的控制器研究以及航空发电系统的更新换代具有加速功能。

无刷直流电机逆变器双管开路故障仿真研究

无刷直流电机以其功率密度高、无机械换向等优点已经成为工业领域内一种主流的驱动电机。在无刷直流驱动系统中,最容易受到外界电磁干扰的就是逆变器部分。本文提出了一种通过分析三相电流波形来诊断和定位故障的方法。该方法通过提取相电流的诊断矩阵,并对比故障状态和正常状态相电流的诊断矩阵,从而检测逆变器开路故障并最终定位故障功率管的位置。最后在Matlab/Simulink环境中,仿真验证该方法的快速性和正确性。

五相永磁同步电机开路故障诊断

针对五相永磁电机的单相(双相)开路故障,提出一种新的故障诊断策略。首先,分析了开路故障发生前、后逆变器端电压的输出特性,得到15种故障状态和正常状态下基波电流在α-β子空间的表达式。正常状态下基波电流在α-β子空间中的轨迹为圆形,而在故障状态为椭圆型,因此可以根据转子转过5个扇区时间内电流轨迹到α-β子空间原点距离的变化率来判定是否发生开路故障。其次,根据不同故障状态下逆变器端电压的输出特性,得到15种开路故障状态下三次谐波电流在基波旋转坐标系的轨迹分布特点。通过对比可知,在不同开路故障下,三次谐波电流轨迹分布的差异性很大,因此可以将轨迹分布特点作为故障定位的依据。在此基础上,分析了电机转速、负载转矩对三次谐波电流轨迹的影响。最后,采用以数字信号处理器为核心搭建的实验平台对所提出的故障诊断策略进行了验证。实验结果表明本文所述故障诊断策略在稳态和动态情况下均可以快速实现故障的判定与定位。

五相永磁同步电机三次谐波电流控制比较研究

三次谐波电流的注入可以有效提高五相永磁同步电机电磁转矩的输出。以铜耗不变和最大电流不变为约束条件,分析了2种约束条件下三次谐波电流与基波电流之间的比值对电磁转矩的影响。通过分析可知,当采用基于铜耗不变作为约束条件时,三次谐波电流参考值等于ψf3/ψf倍的基波电流参考值时,电磁转矩最大;当采用基于最大电流不变作为约束条件时,三次谐波电流幅值为基波电流的k w/(6k w-k w3/3)倍时,电磁转矩最大。在此基础上,根据基础电压矢量幅值、相位以及作用时间给出了3种空间矢量脉宽调制技术的最大基波电压利用率随V ref3/V ref1的变化趋势。最后,通过实验平台对比了3种空间矢量脉宽调制计算方法分别工作于2种约束条件下的控制效果。

无刷直流电机霍尔位置传感器容错控制

本文的研究对象为中低转速的无刷直流电机驱动系统,根据三相霍尔位置传感器输出信号的相位特征,分析了其可能出现的故障模式及其对电机工作性能的影响,改进了原有霍尔位置传感器故障检测方法,并提出了一种基于霍尔位置信息本身相位特点的转子位置信息容错控制方法。采用Mtalab/Simulink仿真与实验,对容错控制方法进行了验证。通过实验与仿真结果,根据电机在故障状态切换过程中,三相电流、转速和电磁转矩等主要参数的变化规律,给出了该方法对电机性能的影响分析及其优缺点。本文提出的容错控制方法提高了无刷直流电动机转子位置信息获取的可靠性。

基于模糊PID永磁同步电机控制

设计了一种用于永磁同步电机转速闭环控制的模糊自整定PID控制策略，能够根据当前电机转速的偏差对PID参数进行实时的调整，克服了常规PID控制因参数固定而无法适应被控系统实际状态变化的不足。在Simulink环境中，建立了永磁同步电机转速闭环矢量控制系统的模型，并通过仿真和实验结果，证明了本文所提出的模糊自整定PID控制，能够取得比常规PID控制更好的控制效果。

无刷直流电机逆变器双管开路故障仿真研究

提出了一种通过分析三相电流波形来诊断和定位故障的方法。该方法通过提取相电流的诊断矩阵，并对比故障状态和正常状态相电流的诊断矩阵，从而检测逆变器开路故障并最终定位故障功率管的位置。最后在Matlab／Simulink环境中，仿真验证该方法的快速性和正确性。

无刷直流电机故障与动态负载下参数差异性分析

在Matlab/Simulink下建立了无刷直流电动机驱动系统模型,分别针对定子绕组开路、短路和霍尔位置传感器开路这三种故障进行了仿真研究,并针对定子绕组开路和霍尔传感器开路这两种故障进行了实验验证。利用仿真模型对驱动系统动态负载的特性进行研究,通过仿真与实验结果,对故障状态与动态负载下的电机参数进行对比分析,揭示了电机转速、相电流和电磁转矩在两种状态下的参数差异。研究结论对无刷直流电动机驱动系统的故障检测与保护研究提供了参考依据。

基于加速度增量控制的无刷直流电机软起动技术研究

针对无刷直流电机起动电流冲击的问题,提出了一种基于加速度增量的软起动控制策略,在保证系统响应速度的同时,实现了对起动电流的严格限制,有效地降低了因起动电流冲击导致控制系统逆变器与电机损坏的事件概率。对比传统的转速-电流双闭环控制策略,基于加速度增量的无刷直流电机控制系统不依靠电流传感器,仅由转子位置传感器信号计算电机转速,即可实现控制系统的软起动,抑制起动电流的冲击。通过仿真验证可得知,基于加速度增量的无刷直流电机软起动控制策略与传统转速单闭环控制系统和转速-电流双闭环控制系统的系统响应性能相当,并且有效地抑制了起动电流冲击。