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起动/发电一体化电气系统可以减少飞机的机体空间,降低机体重量,减少系统的制造成本,是现代先进飞机的的一个重要研究方向。随着对飞机的飞行高度、飞行速度要求的不断提高,新型磁体材料、高性能半导体开关器件的发展以及电力电子技术、计算机控制技术的日趋成熟,飞机的起动/发电一体化系统正在向着无刷化、高速化以及高功率密度方向发展,并且成为国内外的研究热点。电励磁双凸极电机(Doubly Salient Electro-magnetic Machine)因为自身结构简单牢固、励磁可调、控制方便、功率密度高的优点,在飞机的起动/发电一体化电气系统应用领域有着广阔的前景。
本文以航空起动/发电用电励磁双凸极电机起动控制器设计为背景,对电励磁双凸极电机起动控制系统进行了研究。
首先介绍了飞机起动/发电一体化系统的发展历史和研究现状以及电励磁双凸极电机的研究现状。其次,对电励磁双凸极电机的电机本体结构做了说明,并介绍了其数学模型,在数学模型的基础上分析了电励磁双凸极作为电动机的工作原理及基本控制策略。然后,对电励磁双凸极电机基于Matlab/Simulink进行了建模,在电机模型的基础上,配合控制策略模块,对标准角度控制和提前角度控制两种策略进行了仿真分析与对比,根据电流和电感的仿真波形,对电动运行过程中的转矩脉动的产生原因进行了分析,在此基础上研究了基于优化开通、关断角度的转矩脉动抑制控制策略,通过仿真分析验证了控制策略的有效性。在这之后,对以DSP和CPLD为核心的电励磁双凸极起动控制器的硬件架构和软件流程进行了设计,并对设计过程进行了详细的说明。最后结合实验平台对设计完成的起动控制器进行了起动实验,验证了控制策略和控制器的有效性,并且使起动系统满足起动性能指标要求,同时模拟各种故障情况对控制器的故障保护功能进行了验证。
本文以航空起动/发电用电励磁双凸极电机起动控制器设计为背景,对电励磁双凸极电机起动控制系统进行了研究。
首先介绍了飞机起动/发电一体化系统的发展历史和研究现状以及电励磁双凸极电机的研究现状。其次,对电励磁双凸极电机的电机本体结构做了说明,并介绍了其数学模型,在数学模型的基础上分析了电励磁双凸极作为电动机的工作原理及基本控制策略。然后,对电励磁双凸极电机基于Matlab/Simulink进行了建模,在电机模型的基础上,配合控制策略模块,对标准角度控制和提前角度控制两种策略进行了仿真分析与对比,根据电流和电感的仿真波形,对电动运行过程中的转矩脉动的产生原因进行了分析,在此基础上研究了基于优化开通、关断角度的转矩脉动抑制控制策略,通过仿真分析验证了控制策略的有效性。在这之后,对以DSP和CPLD为核心的电励磁双凸极起动控制器的硬件架构和软件流程进行了设计,并对设计过程进行了详细的说明。最后结合实验平台对设计完成的起动控制器进行了起动实验,验证了控制策略和控制器的有效性,并且使起动系统满足起动性能指标要求,同时模拟各种故障情况对控制器的故障保护功能进行了验证。