[發明專利]一種航空多電發動機VIENNA整流器控制方法

有效

• 申請號: 201710075201.1
• 申請日: 2017-02-10
• 公開（公告）號: CN106712552B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 肖玲斐;陳玉升
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

本發明公開了一種航空多電發動機VIENNA整流器控制方法，包括以下步驟：建立VIENNA整流器在三相靜止坐標系，并通過坐標變換得到兩相旋轉坐標系下的數學模型；取直流側電壓差作為控制變量，基于全局終端滑模理論設計滑模面，實現電壓外環控制器的設計；取直流側電壓及其導數作為模糊推理的輸入，根據系統狀態輸出滑模系數對滑模趨近律進行實時地調整，實現直流側電壓的控制。本發明所公開的控制方法通過全局終端滑模理論提高系統的魯棒性以及在有限的時間將誤差收斂到零，通過模糊推理理論將根據專家的經驗對滑模趨近律進行實時地控制，既提高了系統響應地快速性，又有效的減弱了抖振。

技術領域

本發明屬于航空多電發動機二次能源控制技術，涉及一種VIENNA整流器模型建立與控制方案設計。

背景技術

為了進一步提高航空發動機的可靠性、減輕重量以及提高二次能源的利用率。上個世紀七十年代提出了航空多電發動機的概念，航空多電發動機與傳統航空發動機的顯著區別是目前廣泛使用的液壓、氣動等能源設備將會被以電能作為驅動的設備所代替。傳統的航空發動機采用液壓、氣動、電力混合能源作為二次能源，勢必造成內部布局復雜、重量大、可靠性相對較低、能源利用率較低等問題，而航空多電發動機統一使用電能作為二次能源，除了能夠克服上述缺點之外，還可以大大簡化航空發動機的維修維護過程，降低成本，因此航空多電發動機是未來航空發動機的發展趨勢。在已有的航空發動機電源系統中，如圖1所示的高壓直流供電系統有更大的優勢，相較于交流供電系統，高壓直流供電系統除了具有提高電源質量、提高可靠性、減輕重量等優勢外，還由于其匯流條長度和尺寸較小，提高了系統的功率密度。因此高壓直流發電技術和分布式智能配電技術是研究中的重點內容。

在電源的變換過程中，需要AC/DC變換器(整流器)將發電機產生的交流電轉換成270V直流電壓以及將115V交流母線電壓轉換成28V直流母線電壓供用電設備使用。近年來，隨著整流技術的發展，相較于無源整流，有源(PWM)整流由于其實現了輸入電流的正弦化并且運行于高功率因數的特點得到了重視和發展，在可預見的未來，PWM整流器將會大范圍的代替目前所使用的二極管整流器。但，傳統的PI控制方案存在系統抗擾性能差、響應慢的問題，需要以增強系統響應的快速性和魯棒性為宗旨，研究出新的整流器電壓外環設計思路。

VIENNA整流器是一種新穎的PWM整流器，具有非線性特性，相較于傳統的PWM整流器，VIENNA整流器每相導通時僅僅有一個二極管參與整流，因此理論上具有更低的消耗和更高的系統效率。因為三電平六開關VIENNA整流器每個橋臂最多有一個開關管處于導通狀態，可靠性很高。考慮到航空發動機惡劣的工作環境、多種多樣的用電設備以及復雜的結構，航空用整流器要求高度的可靠性以及盡可能少的能量損耗，所以VIENNA整流器極其適合作為航空用整流器。

發明內容

本發明基于航空多電發動機VIENNA整流器的非線性特性，結合模糊推理和全局終端滑模理論，提出新穎的VIENNA整流器電壓外環控制系統設計方法，通過全局終端滑模理論提高系統的魯棒性以及在有限的時間將誤差收斂到零，通過模糊推理理論將根據專家的經驗對滑模趨近律進行實時地控制，既提高了系統響應地快速性，又有效的減弱了抖振。

本發明公開的航空多電發動機VIENNA整流器電壓外環控制系統設計方法：建立VIENNA整流器在三相靜止坐標系，并通過坐標變換得到兩相旋轉坐標系下的數學模型；由于電壓外環的作用為使直流側電壓穩定在給定值，因此取直流側電壓差作為控制變量，基于全局終端滑模理論設計滑模面，使系統在有限的時間內穩定在滑模面，也就是使直流側電壓穩定在給定值，從而實現電壓外環控制器的設計；取直流側電壓及其導數作為模糊推理的輸入，根據系統狀態輸出滑模系數對滑模趨近律進行實時地調整，從而保證系統在距離滑模面較遠時具有快速的響應速度以及較近時具有較小的抖振，實現直流側電壓的控制。

該航空多電發動機VIENNA整流器控制方法的具體步驟如下：

步驟1：首先建立VIENNA整流器在三相靜止坐標系和兩相旋轉坐標系下的數學模型；