航空交流起动/发电机起动控制系统研究

摘要

起动/发电技术作为多电飞机的一项关键技术受到了越来越多的关注。三级式无刷同步发电机目前在我国的航空电源领域中应用最为广泛，如果能在其原有结构上实现起动/发电功能，具有重要意义。但是，目前我国的起动控制技术还未成熟，要实现实用化和产品化还需要进行大量的研究。因此，论文致力于航空三级式无刷同步发电机起动控制系统研究，对实际起动控制当中的若干关键问题进行了分析。
　　论文对三级式无刷同步电机进行了建模。通过矩阵的形式对主发电机和励磁机的数学模型进行了详细推导，对坐标变换进行了说明，建立了主发电机和励磁机的仿真模型。
　　根据三级式无刷同步电机的结构和应用特点，论文提出了一种三级式无刷同步电机在静止的情况下转子初始位置的估算方法。该方法对电机参数不敏感。实验结果表明，其估算误差在0.5°电角度以内，可以满足三级式无刷同步电机起动控制的要求。
　　在简要阐述励磁机采用单相交流励磁时的起动原理以及交直流励磁切换方式的基础上，论文提出了一种具有主发电机电枢电流限定功能的起动控制策略，对其进行了详细的分析和说明，并利用仿真软件搭建了整个控制系统的仿真模型。通过对仿真结果与实验结果的分析可以看出，论文提出的控制策略实现了以航空发动机为负载的起动控制。在满足调速范围0rpm-4000rpm、起动时间小于60s、起动转矩大于70Nm的同时，能有效的对主发电机电枢电流进行限定。当负载转矩过大时，起动控制系统能够将主发电机电枢电流限定到给定值；当负载转矩回到带载能力范围内后，起动控制系统能够立即重新带载起动。
　　大量的实验表明，论文设计的微控制器程序、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）程序在起动控制过程中能够可靠稳定运行；论文设计的上位机监控系统实用性和可扩展性强，操作简单，升级维护方便。
　　论文对航空三级式无刷同步电机起动控制系统进行了深入分析，实现了航空发动机负载特性曲线，对起动控制系统的进一步研究及优化具有参考意义。

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1 绪论

1.1 起动/发电系统发展现状

1.2 三级式无刷同步电机起动方案

1.3 转子初始位置估算方法

1.4 本文章节安排

2 三级式无刷同步电机建模

2.1 数学模型

2.2 仿真模型

2.3 本章小结

3 转子初始位置估算方法

3.1 估算原理和方法

3.2 估算实验

3.3 本章小结

4 起动控制策略

4.1 起动理论

4.2 仿真模型

4.3 仿真与实验结果分析

4.4 本章小结

5 起动控制系统的实现

5.1 起动控制系统概述

5.2 软件设计

5.3 硬件设计

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加科研情况

致谢

附录

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