航空交流起/發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速不為零時(shí)進(jìn)行起動(dòng)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于交流電機(jī)傳動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種航空交流起/發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn) 速不為零時(shí)進(jìn)行起動(dòng)的控制方法，是一種通過(guò)主發(fā)勵(lì)磁電流閉環(huán)來(lái)控制勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓輸 入的起動(dòng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 起動(dòng)/發(fā)電一體化是當(dāng)下航空交流電源系統(tǒng)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在一體化系統(tǒng)中，使 航空交流起動(dòng)/發(fā)電機(jī)依次運(yùn)行在電動(dòng)和發(fā)電狀態(tài)，能減少一套專(zhuān)用的起動(dòng)機(jī)構(gòu)，可有效降 低航空電源系統(tǒng)的復(fù)雜程度、減輕重量、提高可靠性。
[0003] 國(guó)內(nèi)已開(kāi)展的針對(duì)航空交流電機(jī)起動(dòng)控制策略的相關(guān)研究工作，其控制策略主要 是傳統(tǒng)的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，由于實(shí)驗(yàn)條件等原因的限制，大多研究還未進(jìn)入實(shí)驗(yàn) 階段。西北工業(yè)大學(xué)提出一種通過(guò)直接控制電壓矢量模值及電壓矢量與主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子夾角 的方法，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)起動(dòng)/發(fā)電一體化功能，采用一臺(tái)S級(jí)式電勵(lì)磁同步電機(jī)及MAGTR化公 司的加載臺(tái)完成了起動(dòng)實(shí)驗(yàn)，但未考慮到電機(jī)在高轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)速大于1500r/min)情況下進(jìn)行 起動(dòng)的情況。
[0004] 航空發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中，由于干擾導(dǎo)致系統(tǒng)起動(dòng)失敗的情況在所難免。起動(dòng)失 敗后，發(fā)動(dòng)機(jī)油管中會(huì)存留大量的高溫航空燃油，若不及時(shí)將油管中的燃油甩出，很可能會(huì) 因燃油復(fù)燃損壞發(fā)動(dòng)機(jī)，更嚴(yán)重者會(huì)發(fā)生爆炸，造成重大事故。由于慣性和摩擦阻力的綜合 作用，發(fā)動(dòng)機(jī)及起動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不會(huì)突降為零，出于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)安全性的考慮，需要在轉(zhuǎn)速降 為零之前就將電機(jī)再次起動(dòng)排出燃油并冷卻航空發(fā)動(dòng)機(jī)。運(yùn)種電機(jī)在轉(zhuǎn)速較高情況下再次 起動(dòng)的狀態(tài)稱(chēng)為電機(jī)動(dòng)態(tài)起動(dòng)。
[000引航空交流起動(dòng)/發(fā)電系統(tǒng)原理如圖1所示，目前動(dòng)態(tài)起動(dòng)時(shí)還面臨如下問(wèn)題:為減 小靜止起動(dòng)時(shí)電機(jī)定轉(zhuǎn)子電流波動(dòng)，采用由零線性增加至額定值的緩慢勵(lì)磁方式施加勵(lì)磁 機(jī)勵(lì)磁電壓(如圖1所示）；由于負(fù)載慣量及摩擦阻力較大，動(dòng)態(tài)起動(dòng)前電機(jī)W較大加速度減 速運(yùn)行，若此時(shí)仍按照上述勵(lì)磁方式進(jìn)行起動(dòng)，在緩慢勵(lì)磁完成前，電機(jī)輸出能力受到限 審IJ，使系統(tǒng)反應(yīng)嚴(yán)重滯后，運(yùn)就增大了電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)與給定工作狀態(tài)之間的誤差，使得 動(dòng)態(tài)起動(dòng)過(guò)程出現(xiàn)震蕩，嚴(yán)重時(shí)則導(dǎo)致起動(dòng)失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種航空交流起/發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速不為 零時(shí)進(jìn)行起動(dòng)的控制方法，改善勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓施加時(shí)機(jī)，提高主發(fā)勵(lì)磁磁鏈在起動(dòng)過(guò)程 中的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在較高起動(dòng)速度下的動(dòng)態(tài)起動(dòng)功能。
[0008] 技術(shù)方案
[0009] -種航空交流起/發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速不為零時(shí)進(jìn)行起動(dòng)的控制方法，其特征在于步驟 如下：
[0010]步驟I:根據(jù)獲取的轉(zhuǎn)子位置信息，計(jì)算得到電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速；
[OOU]步驟2:采集主發(fā)電機(jī)定子A相和C相電流iA、ic，計(jì)算出B相電流1[3 = -14-：[(；，在；相 坐標(biāo)系A(chǔ)BC下定子電流矢量is表示為is = iA+aiB+a2ic，式中
.為復(fù)數(shù)運(yùn) 算符號(hào)，其作用是使一個(gè)向量沿規(guī)定正方向旋轉(zhuǎn)120%
[001引步驟3:通過(guò)Clarke變換將ABC坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系郵0,得在郵0坐標(biāo)系 下沿a軸的分量
W及沿0軸的分量
；定子立相電流在 dqO坐標(biāo)系下沿d、q軸的分量為id、iq，通過(guò)化rk變換將ago坐標(biāo)系變換到dqO坐標(biāo)系，得 苗脫廬+//,,sin矜，=-^cSin口+ i^cos廬，式中為d軸與曰軸的夾角；
[0013] 步驟4:估算主發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，其計(jì)算過(guò)程如下：由主發(fā)電機(jī)電壓分量方程
，推導(dǎo)出勵(lì)磁電流
式中，Rs為主發(fā)電機(jī)定子相電阻，Lq為交軸同步電感，Ld為直軸同步電感，Lmf為等效勵(lì)磁電 感，COr為電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速；
[0014] 步驟5:設(shè)定電流環(huán)限幅PI調(diào)節(jié)器參數(shù)，將主發(fā)勵(lì)磁電流給定值if*和估算出的主 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流^作差輸入勵(lì)磁電流環(huán)限幅PI調(diào)節(jié)，PI調(diào)節(jié)器輸出值即為下一時(shí)刻勵(lì)磁機(jī) 勵(lì)磁電壓參考值Uf*。
[0015] 步驟6:設(shè)定速度環(huán)限幅PI調(diào)節(jié)器參數(shù)，將電機(jī)轉(zhuǎn)速參考值為和電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋值 Wr作差輸入速度環(huán)限幅PI調(diào)節(jié)，PI調(diào)節(jié)器輸出值即為下一時(shí)刻定子=相電流在dqO坐標(biāo)系 下沿q軸方向的電流分量參考值iq*;
[0016] 步驟7:設(shè)定q軸電流環(huán)限幅PI調(diào)節(jié)器參數(shù)，將q軸方向電流分量參考值iq*和解算 出的當(dāng)前主發(fā)電機(jī)定子電流在q軸方向的電流分量iq作差輸入q軸電流環(huán)限幅PI調(diào)節(jié)，PI調(diào) 節(jié)器輸出值即為下一時(shí)刻定子=相電壓在dqO坐標(biāo)系下沿q軸方向的電壓分量參考值Uq*;
[0017] 步驟8:設(shè)定d軸電流環(huán)限幅PI調(diào)節(jié)器參數(shù)，將d軸方向電流分量參考值id*和解算 出的當(dāng)前主發(fā)電機(jī)定子電流在d軸的電流分量id作差輸入d軸電流環(huán)限幅PI調(diào)節(jié)，PI調(diào)節(jié)器 輸出值即為下一時(shí)刻定子=相電壓在dqO坐標(biāo)系下沿d軸方向的電壓分量參考值Ud*;
[0018] 步驟9:依據(jù)正弦波脈寬調(diào)制SPWM技術(shù)對(duì)勵(lì)磁電壓Uf*進(jìn)行脈寬調(diào)制，得到單向全 橋逆變器所需要的開(kāi)關(guān)控制信號(hào);Ud*、Uq*通過(guò)dqO坐標(biāo)系到a執(zhí))坐標(biāo)系的變換得到定子電壓 在a軸、0軸的坐標(biāo)分量M/' = a/cos0 =?/sinf+?/c:os:口;根據(jù)空間矢量調(diào) 制方法SVPWM對(duì)電壓矢量us*=ua*+ue*進(jìn)行矢量合成，得到S相逆變器所需要的開(kāi)關(guān)控制信 號(hào)。
[0019] 有益效果
[0020] 本發(fā)明提出的一種航空交流起/發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)速不為零時(shí)進(jìn)行起動(dòng)的控制方法，具 有W下優(yōu)點(diǎn)：1)完善了電機(jī)的帶轉(zhuǎn)速起動(dòng)功能，可在高速階段對(duì)電機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)起動(dòng)，減小了 起動(dòng)失敗時(shí)因發(fā)動(dòng)機(jī)油管中大量高溫航空煤油無(wú)法及時(shí)導(dǎo)出給航空發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)的危害;2) 對(duì)主發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流進(jìn)行限幅PI調(diào)節(jié)，使主發(fā)勵(lì)磁磁鏈在起動(dòng)過(guò)程保持穩(wěn)定，提高系統(tǒng)運(yùn) 行的平穩(wěn)性及可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1:航空交流起動(dòng)/發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
[0022] 圖2:動(dòng)態(tài)起動(dòng)系統(tǒng)控制原理圖
[0023] 圖3:坐標(biāo)系變換關(guān)系圖
[0024] 圖4:空間電壓矢量Us*合成圖
[0025] 圖5:航空交流電機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)仿真模型
[0026] 圖6:起動(dòng)轉(zhuǎn)速為1000( r/min)的動(dòng)態(tài)起動(dòng)速度轉(zhuǎn)矩圖
[0027] 圖7:起動(dòng)轉(zhuǎn)速為2000( r/min)的動(dòng)態(tài)起動(dòng)速度轉(zhuǎn)矩圖
[0028] 圖8:起動(dòng)轉(zhuǎn)速為3000( r/min)的動(dòng)態(tài)起動(dòng)速度轉(zhuǎn)矩圖
[0029] 圖9:起動(dòng)轉(zhuǎn)速為1000(;r/min)估算主發(fā)勵(lì)磁電流與計(jì)算主發(fā)勵(lì)磁電流對(duì)比圖
【具體實(shí)施