阅读说明：本技术 一种航空三相交流励磁系统直流励磁闭环控制方法 (Direct-current excitation closed-loop control method for aviation three-phase alternating-current excitation system ) 是由 张赞 栗伟周 马军磊 吕存杰 殷志锋 田尚永 刘志坤 齐明峻 陈帅 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种航空三相交流励磁系统直流励磁闭环控制方法,利用励磁机定子两相开路绕组的相电压计算出主电机励磁电流作为反馈,将计算出的主电机励磁电流与主电机励磁电流期望值作差,通过调节励磁机定子直流励磁电压实现主电机励磁电流的闭环控制。本发明方法中采用的主电机励磁控制方法,仅仅对采集励磁机定子两相开路绕组电压进行直流滤波后即可进行积分运算,可以避免从直流绕组进行积分时直流偏置无法滤除的问题。本发明方法中采用的主电机励磁控制方法,通过对主电机励磁电流的闭环控制,消除了主电机直轴电流变化对主电机励磁电流的影响。(The invention provides a direct-current excitation closed-loop control method of an aviation three-phase alternating-current excitation system, which is characterized in that phase voltage of a two-phase open-circuit winding of an exciter stator is utilized to calculate main motor excitation current as feedback, the calculated main motor excitation current is differed from a main motor excitation current expected value, and closed-loop control of the main motor excitation current is realized by adjusting direct-current excitation voltage of the exciter stator. The method for controlling the excitation of the main motor adopted in the method can perform integral operation only after the direct current filtering is performed on the collected voltage of the two-phase open-circuit winding of the stator of the exciter, and can avoid the problem that direct current bias cannot be filtered when integration is performed from the direct current winding. The method for controlling the excitation of the main motor eliminates the influence of the direct axis current change of the main motor on the excitation current of the main motor by closed-loop control of the excitation current of the main motor.)

一种航空三相交流励磁系统直流励磁闭环控制方法

技术领域

本发明属于航空交流电机技术领域，具体涉及一种航空三相交流励磁系统直流励磁闭环控制方法。

背景技术

随着大飞机技术的迅猛发展，具有起动/发电一体化功能的高压宽变频发电系统是未来航空交流电源系统的一个重要发展方向。目前我国飞机交流电源系统大都采用三级式无刷同步电机(原理框图见图1)作为发电机，该类发电机通常无起动航空发动机的功能，发动机由独立的起动机进行起动。如果三级式电机采用三相交流励磁机作为其励磁电源(原理框图见图2)，励磁系统则可以起动过程中为主电机提供足够大的励磁电流。当励磁机采用航空三相交流电源作为励磁机的输入电源，系统具有较高的可靠性以及较小的体积与重量。然而，此时的三相交流励磁系统输出的主电机励磁电流却随转速变化而变化，当系统运行在高转速区变化的主电机励磁电流会增加主电机的弱磁压力(或者励磁不够)，起动/发电系统的起动能力受到影响。

针对上述励磁机问题，目前国内外主要的解决方案有：1、进行励磁机与主电机本体优化设计，减少起动过程中主电机励磁电流变化对主电机起动性能的影响；2、在主发电机电机静止及低速运行阶段，励磁机定子绕组采用三相交流励磁，电机在高速运行阶段，励磁机定子绕组采用单相交流励磁；3、主发电机电机静止及低速运行阶段，励磁机定子采用三相交流励磁，电机在高速运行阶段，励磁机定子绕组采用直流开环励磁，并通过查询离线制定的表格等开环控制方法使主电机励磁电流达到期望值。方案1能够从一定程度上减小主电机励磁电流变化对系统起动性能的影响，但通常会降低起动/发电系统在发电阶段的性能。方案2，在起动过程中需要通过改变励磁方式来限制主电机励磁电流，但是切换后的主电机励磁电流依然不可控，切换过程引起的主电机励磁电流振荡会严重影响起动/发电系统的起动性能。方案3在起动过程中进行三相/直流励磁方式切换，励磁方式切换后的主电机定子绕组与变频器相连，主电机励磁电流难以通过检测主电机定子电压的方法进行闭环控制，主电机励磁电流的控制通常需要借助查询离线制定的表格等开环方法实现，虽然开环控制能够在一定程度上实现了对主电机励磁电流进行限制，但是起动过程中主电机直轴电流的变化会直接影响励磁系统的直流输出，主电机励磁电流依然无法得到有效控制，起动/发电系统的起动性能受到限制。

发明内容

为避免现有技术不足之处，提供一种航空三相交流励磁系统直流励磁闭环控制方法，利用励磁机定子两相开路绕组的相电压计算出主电机励磁电流作为反馈，将计算出的主电机励磁电流与主电机励磁电流期望值作差，通过调节励磁机定子直流励磁电压实现主电机励磁电流的闭环控制。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种航空三相交流励磁系统直流励磁闭环控制方法，

S1：直流励磁电源与励磁机定子三相绕组中的一相绕组连接并为励磁机提供直流励磁电流，励磁机定子剩余两相绕组处于开路状态；

S2：两路电压传感器分别采集励磁机定子三相绕组中处于开路状态的两相绕组的相电压u₁与u₂，位置传感器采集励磁机转子位置信息θ，电压传感器与位置传感器将采集到的数据送入主电机励磁电流控制器中；

S3：主电机励磁电流控制器将电流传感器采集的电压信号u₁与u₂进行直流滤波，并利用励磁机定子磁链方程计算励磁机转子三相电流i_rA、i_rB与i_rC以及主电机励磁电流i_f；S4：将主电机励磁电流计算值i_f与主电机励磁电流参考值

之间的差值e_if送入PID控制器，误差e_if经过PID控制环节产生励磁机直流励磁电源的电压幅值，主电机励磁电流在励磁机定子励磁电压的调节下达到期望值，实现主电机励磁电流的闭环控制。

所述的励磁机转子三相电流和主电机励磁电流采用如下公式计算：

本发明的有益效果：1)本发明方法中采用的主电机励磁控制方法，仅仅对采集励磁机定子两相开路绕组电压进行直流滤波后即可进行积分运算，可以避免从直流绕组进行积分时直流偏置无法滤除的问题。

2)本发明方法中采用的主电机励磁控制方法，通过对主电机励磁电流的闭环控制，消除了主电机直轴电流变化对主电机励磁电流的影响。

附图说明

图1：三级式无刷同步发电系统结构图；

图2：采用三相励磁系统的航空三级式起动/发电一体化系统结构图；

图3：主电机励磁电流闭环控制原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种航空三相交流励磁系统直流励磁闭环控制方法，包括以下步骤：

步骤1：直流励磁电源与励磁机定子三相绕组中的一相绕组连接并为励磁机提供直流励磁电流，励磁机定子剩余两相绕组处于开路状态。

步骤2：两路电压传感器分别采集励磁机定子三相绕组中处于开路状态的两相绕组的相电压u₁与u₂，位置传感器采集励磁机转子位置信息θ，电压传感器与位置传感器将采集到的数据送入主电机励磁电流控制器中。

步骤3：控制器将电流传感器采集的电压信号u₁与u₂进行直流滤波并利用如下公式计算出励磁机转子三相电流：

步骤4：主电机励磁电流控制器利用如下公式计算出主电机励磁电流：

步骤5：主电机励磁电流控制器将主电机励磁电流参考值

与主电机励磁电流计算值i_f作差得到误差e_if，误差e_if经过PID控制环节产生直流励磁电源的电压幅值，励磁系统通过励磁电压的改变实现主电机励磁电流的闭环控制。

如图3所示，电压传感器采集到的励磁机定子两相开路绕组相电压(假设为u₁与u₂)以及励磁机转子位置信息(假设为θ)送到主电机励磁电流控制器中(以下简称控制器)，控制器两相开路绕组相电压(为u₁与u₂)进行直流滤波，并利用励磁机定子磁链方程计算励磁机转子三相电流(i_rA、i_rB与i_rC)以及主电机励磁电流(i_f)，然后将主电机励磁电流计算值(i_f)与主电机励磁电流参考值

之间的差值e_if送入PID控制器产生励磁机直流励磁电源的电压幅值，主电机励磁电流在励磁机定子励磁电压的调节下达到期望值。

本发明方法中采用的主电机励磁控制方法，仅仅对采集励磁机定子两相开路绕组电压进行直流滤波后即可进行积分运算，可以避免从直流绕组进行积分时直流偏置无法滤除的问题。

2)本发明方法中采用的主电机励磁控制方法，通过对主电机励磁电流的闭环控制，消除了主电机直轴电流变化对主电机励磁电流的影响。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。