基于二端口理论的航空三级式起动/发电机宽频阻抗模型研究

航空三级式起动/发电机是一个包含多干扰源的复杂系统,建立综合考虑定/转子阻抗耦合信息的电机阻抗模型是深入分析电磁干扰传递机理的关键。该文提出一种考虑定子阻抗、转子阻抗及定/转子耦合效应的宽频集总参数通用模型。该模型将电机视为一个多端口网络"黑盒",进而采用Z参数矩阵描述电机的频域阻抗特性,并给出参数的具体测量方法和计算方法。该文通过推导忽略定/转子耦合的阻抗误差表达式,以获得三级式电机模型的简化条件,进而提出基于误差评估的宽频通用电路模型,并采用矢量匹配技术实现电路模型的参数化。实际测试结果表明,该模型具有精度高、复杂度低和通用性强的特点。所提出的建模方法能为三级式起动/发电机的EMI研究提供有力保证。

基于Simscape航空三级式起动/发电机建模仿真研究

基于现有航空三级式起动/发电机仿真建模方法,提出基于Simscape电力系统域的励磁机、旋转整流器和主电机统一域建模方法,给出建模过程,在所建立的子系统模型上搭建航空三级式起动/发电机从起动到发电过程的仿真系统,该系统可工作在起动状态和发电状态,实现起动到发电状态的转换。仿真结果表明,所给出的建模方法可行、建模结果正确,能够支持相关领域的仿真研究。

基于励磁机定子直轴电流定点采样的航空多级式起动/发电机低速段转子位置估算方法

航空多级式起动/发电机起动时,需要准确的主电机转子位置,而位置传感器受体积、重量等制约,需要开展转子位置估算研究。该文基于多级式电机结构特征,通过分析转子位置在主励磁机定子电流中的表征,提出一种基于两相励磁机定子直轴电流定点采样的低速段转子位置估算方法。该方法在起动时分三步实施:首先,实时采集主励磁机定子两相电流,并变换到定子磁场同步旋转dq坐标系;其次,对直轴电流定点采样,提取包含转子位置信息的正余弦信号,通过锁相环获得主励磁机转子位置增量;然后,结合主电机与主励磁机同轴安装特征及主电机初始位置,获取主电机实时转子位置,并实现低速段无位置传感器起动。该方法无需高频信号注入和滤波器,不依赖主电机凸极性且锁相环鲁棒性强。最后,实验验证了所提方法的有效性和较高的估算精度。

基于励磁电压方波调制的三级式同步起动/发电机转子初始位置估算方法

现有基于高频注入的三级式同步起动/发电机转子初始位置估算方法由于高频衰减,面临失效风险。该文基于主电机定转子互感,提出一种“基于励磁电压方波调制的三级式同步起动/发电机转子初始位置估算方法”,将励磁电压作为载波,用低频方波对其进行调制后,提取主电机定子侧低频响应电流用于转子初始位置估算。定子逆变器三相下管导通状态下,该方法分为2步:首先对励磁电压进行低频方波调制,采集主电机定子低频感应电流用于转子初始位置预估算;其次,由预估算初始位置,判断励磁电压断电前后相关电流特征,得到包含磁极信息的最终初始位置。所提方法通过虚拟角度变换和方差对采集低频电流进行处理。实验表明所提方法具有较高估算精度。

基于神经网络的航空三级式起动发电机简化一体化模型

航空三级式无刷同步起动发电机(简称三级式起发电机)因其可靠性高、发电技术成熟等优势而在多电飞机起动发电一体化技术研究中受到青睐。针对该电机的详细分析与起动控制研究需要准确而又高效的仿真模型。针对三级式起发电机多级结构特点,本文将其励磁系统视为具有非线性传递特性的特殊"电刷滑环系统",并通过BP-神经网络拟合获取其传递特性。以励磁系统神经网络简化模型为基础,将包含多级结构的三级式起发电机简化为传统单级式电励磁同步电机,并建立三级式起发电机简化一体化模型。计算机仿真对比分析结果表明,本文所建立的简化一体化模型具有模型简单、仿真精度高、仿真速度快的优势。

一种三级式航空无刷同步电机起动控制策略

针对三级式航空无刷同步电机在采用单相交流励磁方式实现起动功能的过程中,主发电机励磁电流脉动,与励磁机电磁和机械耦合严重,采用单一电动机模型的传统起动控制方法会导致电机转矩脉动大、带载起动困难的问题,通过分析励磁机在起动过程中的输出特性,研究集励磁机和主发电机的一体化数学模型,提出了一种在非恒定电流励磁情况下的三级式航空无刷同步电机起动控制策略。实验结果表明,该控制策略对励磁脉动干扰不敏感,可明显提高电机在电动状态时的运行稳定性以及带载能力。

航空三级式起动/发电系统两相励磁机九段式SVPWM调制方法

本文针对基于两相励磁机的航空三级式起动发电系统中的两相逆变电路,提出一种能够降低电流谐波含量的九段式空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法。详细分析了四桥臂两相逆变电路的基本矢量及其特性,开展了不同扇区基本矢量作用时间的计算,并基于基本矢量特性给出了九段式SVPWM调制方式下功率管在各扇区的开关序列。在Matlab/Simulink软件中开展了九段式SVPWM的仿真分析,并针对一台三级式起动/发电机样机进行了实验测试。仿真和实验结果验证了九段式SVPWM调制方法的优势和有效性。

基于GWO-PSO优化的三级式发电机二自由度分数阶PID调压控制

针对航空三级式发电机存在建压超调、响应速度慢、电压稳定性差、负载扰动等问题,在双环调压结构的基础上,设计了一种基于灰狼混合粒子群算法(GWO-PSO)优化的二自由度分数阶PID(2DOF FOPID)调压控制器。利用二自由度控制,增强抗干扰和目标跟踪能力;结合分数阶控制,使参数的整定更加灵活,并具有对被控对象参数变化不敏感的特点,可以提升系统的控制性能;改进的GWO-PSO以灰狼优化算法的机制开始搜索过程,然后用PSO算法改进灰狼的位置,以平衡算法的局部搜索和全局开发的能力,利用改进的优化算法对2DOF FOPID控制器进行参数优化。仿真结果表明,所设计的控制器具有响应速度快、超调小的优点,提高了发电机的动静态性能和抗扰能力。

一种三级式同步电机起动过程励磁控制方法

为解决三级式同步电机在起动过程中所面临的主发电机转子励磁问题,分析励磁机分别采用单相交流励磁方式和直流励磁方式时,主发电机励磁电流随转速的变化特性,并根据Matlab的仿真结果,结合电机实验数据,提出一种应用于三级式同步电机起动过程的励磁机控制策略;为实现该控制策略中提出的交/直流励磁的过渡切换方法,分析了励磁机控制器逆变回路的开关状态及输出电压矢量的合成方式,提出一种单相交流/直流励磁一体化调制算法,解决了励磁机在起动过程中的励磁方式平稳切换问题。实验结果表明了所提出的励磁控制策略和调制算法的有效性。

三级式同步电机的自抗扰起动控制

受环境的随机性以及气动效应的影响,航空发动机在起动的过程中会表现出不同的负载特性,采用现有的基于PID调节的起动控制策略,难以获得稳定的起动加速性能.针对该问题,本文分析了三级式同步电机的起动控制数学模型,分别研究了转速环、电流环以及角度环的自抗扰控制器,用以处理电流及电磁转矩方程中的未知外扰和模型耦合项,并通过仿真及实验与现有的起动控制策略进行了对比分析.结果表明,新设计的起动控制策略具有较强的扰动抑制能力,在不同的发动机状态下可以达到较为一致的起动加速性能,相比采用PID调节的控制方法具有较大优势.

一种三级式同步电机转矩脉动抑制方法

针对三级式同步电机在电动起动过程中,主发电机的转子励磁脉动导致输出转矩脉动较大、带载起动性能较低的问题,分析了转子励磁脉动对主发电机运行特性的影响,以及在采用矢量控制策略时,由于受到谐波电流的影响而输出的误差电压矢量的分布特点。为了提高主发电机的带载起动性能,本文提出了一种采用极坐标确定控制器调制电压矢量的起动控制方法,与传统的矢量控制策略相比,该方法在一个调节周期内不会产生电压幅值调节误差,仅会产生较小的矢量角调节误差。实验结果表明,在100 r/min转速时,传统矢量控制方法仅能拖动5 N·m的负载,新方法则能够稳定拖动40 N·m负载,说明新方法更适合电机在拖动航空发动机起动过程中低转速、大负载的运行工况。