CN113890432A - 基于不确定干扰估计器控制的三级式发电机调压方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于不确定干扰估计器控制的三级式发电机调压方法，在电压调节的过程中检测调节点反馈电压与参考电压的偏差作为电压外环PI调节器的输入量，电压外环PI调节器的输出作为不确定干扰估计器的期望控制输入u_m，另外采样得到的不对称半桥上的励磁电流作为不确定干扰估计器的状态变量x，u_m和x通过不确定干扰估计器得到输出，并产生PWM驱动不对称半桥的开关管，控制三级式发电机实现更好的稳态与动态性能。本发明克服了三级式发电机参数不确定性和复杂工况导致的非线性问题，在不确定性和外部干扰的作用下能保证调压的稳定性，对参数不确定具有较好的鲁棒性。尤其是在负载突变或受到一定干扰时电机可以保持良好的抗干扰能力。

Description

基于不确定干扰估计器控制的三级式发电机调压方法

技术领域

本发明涉及航空变频发电系统的数字技术领域，尤其涉及一种基于不确定干扰估计器控制的三级式发电机调压方法。

背景技术

航空发电机电压调节器通过调节发电机的励磁电流的大小使调压点的电压稳定在固定值。在原动机转速发生变化、机载负载发生变化等情况下，可能会使调压点电压不稳定，此时调压调节器通过电压闭环调节输出电压恒定。

变频电源系统有着结构简单，重量轻，体积小，效率高的优点，已经逐渐替代变速恒频发电系统成为未来大型航空电源系统的发展方向，目前先进的多电飞机如波音787与空客A380均为三级式发电机发电的变速变频发电系统。由于发电机的转速变化较大，负载变化大，尤其是脉冲负载，航空供电系统要求的动态调节时间小于50ms，这对调压器的控制提出了更高的要求。晶体管模拟调压器已不能适应现在航空发电机的控制需求，数字调压器具有受环境因素影响相对较小、较强的非线性调节能力、控制参数调节简单、数据通讯与记录功能等优点。

数字调压器常用的是电压外环、电流内环的双环控制结构，其调压系统电路框图如图1所示，励磁主电路采用不对称半桥,PMG为三级式电机中的永磁副励磁机，U_PMG为永磁副励磁机整流滤波后的电压，U_port为调节点电压反馈值，U_ref为调节点电压参考值，I_ref为励磁电流参考值，U_f为电流环输出信号。调节点反馈电压与参考电压经过电压环PI调节得到励磁电流参考值，励磁电流参考值与励磁电流经过励磁电流环PI调节得到调制信号，然后与三角载波交截得到占空比信号驱动励磁功率管。

三级式发电机是典型的的非线性系统，采用传统的双闭环PI控制的线性控制模式难以应对突加突卸负载情况，且电机在运行过程中电机参数会发生变化，且宽变频三级式发电机频率变化范围在360～800Hz，转速变化范围大，输出电压频率变化范围宽，发电机系统的前向通道在不同转速条件下增益有较大变化，使得普通的双闭环PI控制难以获得较好的控制效果。

基于不确定干扰估计器的航空宽变频三级式电机调压方法可以在负载突变或外部一定干扰情况下有效抑制励磁电流中存在的电流谐波，减小输出电压波动，在不确定性和外部干扰的作用下能保证调压的稳定性，对参数不确定具有较好的鲁棒性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于不确定干扰估计器控制的三级式发电机调压方法，根据反馈励磁电流与电压环输出的偏差设计励磁电流环的不确定干扰估计器来调节系统的动态响应。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于不确定干扰估计器控制的三级式发电机调压方法，包括以下步骤：

步骤A.1)，将永磁副励磁机的线电压经过调理整形为同频率的方波信号，送到DSP捕获口；

步骤A.2)，根据永磁副励磁机与主发电机之间的极对数关系以及调理整形后的方波信号，计算得到主发电机交流信号的频率f，确定主发电机的转速n；

步骤A.3)，计算调节点反馈电压与参考电压的偏差，偏差作为第一PI调节器的输入，经过第一PI调节器后得到的输出作为不确定干扰估计器的期望控制输入u_m(s)；

步骤A.4)，将采样得到的不对称半桥的励磁电流作为不确定干扰估计器的输入状态变量x(s)；

步骤A.5)，不确定干扰估计器首先将u_m(s)经过传递函数

计算得到期望的状态变量x_m，即

s为复频率，α为一阶参考系统的带宽；

然后将x_m(s)与x(s)的偏差e(s)作为第二PI调节器的输入，第二PI调节器的比例系数k_p＝α+β-k、积分系数k_i＝(α-k)·β，即

β为一阶低通滤波器的带宽，k是预设的误差反馈增益；

最后，不确定干扰估计器输出

L是实际模型逆；

步骤A.6)，不确定干扰估计器的输出u(s)控制不对称半桥上管的PWM，当u(s)大于0时，输出高电平；当u(s)小于0时，输出低电平。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明提出一种基于不确定干扰估计器控制的三级式发电机调压方法，补偿了在运行过程中由于电机参数变化引起的励磁电流不确定扰动，能够在电机参数不确定变化的情况下，获得更好的动态性能，在不同负载变化与不同转速条件下提高了系统的动态与稳态性能。

2.本发明克服了三级式发电机参数不确定性和复杂工况导致的非线性问题，在不确定性和外部干扰的作用下能保证调压的稳定性，对参数不确定具有较好的鲁棒性，尤其是在负载突变或受到一定干扰时电机可以保持良好的抗干扰能力。

附图说明

图1为双环控制结构调压系统电路框图；

图2为本发明的电路示意图；

图3为本发明中不确定干扰估计器的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本发明教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。

如图2所示，本发明公开了一种基于不确定干扰估计器控制的三级式发电机调压方法，包括以下步骤：

步骤A.1)，将永磁副励磁机的线电压经过调理整形为同频率的方波信号，送到DSP捕获口；

步骤A.2)，根据永磁副励磁机与主发电机之间的极对数关系以及调理整形后的方波信号，计算得到主发电机交流信号的频率f，确定主发电机的转速n；

步骤A.3)，计算调节点反馈电压与参考电压的偏差，偏差作为第一PI调节器的输入，经过第一PI调节器后得到的输出作为不确定干扰估计器的期望控制输入u_m(s)；

步骤A.4)，将采样得到的不对称半桥的励磁电流作为不确定干扰估计器的输入状态变量x(s)；

步骤A.5)，如图3所示，不确定干扰估计器首先将u_m(s)经过传递函数

计算得到期望的状态变量x_m，即

s为复频率，α为一阶参考系统的带宽；

然后将x_m(s)与x(s)的偏差e(s)作为第二PI调节器的输入，第二PI调节器的比例系数k_p＝α+β-k、积分系数k_i＝(α-k)·β，即

β为一阶低通滤波器的带宽，k是预设的误差反馈增益；

最后，不确定干扰估计器输出

L是实际模型逆；

步骤A.6)，不确定干扰估计器的输出u(s)控制不对称半桥上管的PWM，当u(s)大于0时，输出高电平；当u(s)小于0时，输出低电平。

本发明补偿了在运行过程中由于电机参数变化引起的励磁电流不确定扰动，改善了系统的动态性能，保证了系统的动态和稳态特性。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.基于不确定干扰估计器控制的三级式发电机调压方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A.1)，将永磁副励磁机的线电压经过调理整形为同频率的方波信号，送到DSP捕获口；

步骤A.2)，根据永磁副励磁机与主发电机之间的极对数关系以及调理整形后的方波信号，计算得到主发电机交流信号的频率f，确定主发电机的转速n；

步骤A.3)，计算调节点反馈电压与参考电压的偏差，偏差作为第一PI调节器的输入，经过第一PI调节器后得到的输出作为不确定干扰估计器的期望控制输入u_m(s)；

步骤A.4)，将采样得到的不对称半桥的励磁电流作为不确定干扰估计器的输入状态变量x(s)；

步骤A.5)，不确定干扰估计器首先将u_m(s)经过传递函数

计算得到期望的状态变量x_m，即

s为复频率，α为一阶参考系统的带宽；

然后将x_m(s)与x(s)的偏差e(s)作为第二PI调节器的输入，第二PI调节器的比例系数k_p＝α+β-k、积分系数k_i＝(α-k)·β，即

β为一阶低通滤波器的带宽，k是预设的误差反馈增益；

最后，不确定干扰估计器输出

L是实际模型逆；

步骤A.6)，不确定干扰估计器的输出u(s)控制不对称半桥上管的PWM，当u(s)大于0时，输出高电平；当u(s)小于0时，输出低电平。

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