[發明專利]一種永磁發電機阻尼力與錐形磁軸承振動力協調控制方法

有效

• 申請號: 202010176481.7
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111277185B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 郝振洋;高宇;曹鑫;甘淵;陳華杰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P9/44
• 分類號: H02P9/44;H02P21/05
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹蕓

本發明公開了一種永磁發電機阻尼力與錐形磁軸承振動力協調控制方法，屬于永磁同步電機協調控制技術領域。該控制方法包括如下步驟：（1）先確定負載突變時發電機轉子振動和直軸電流之間的關系；（2）建立發電機直軸電流與磁軸承電勵磁繞組電流之間的預測控制模型；（3）得到預測值后，采用負載前饋的方法，經過比例積分和比例諧振整定，輸入到永磁發電機矢量控制器，實現發電機負載突變時的轉子振動抑制控制。本發明降低了發電機轉子振動，提高了不同情況下協調控制系統的穩定性和動態調節性能，建立了基于強機電耦合系統的磁軸承和發電機協調控制理論。

技術領域

本發明公開了一種永磁發電機阻尼力與錐形磁軸承振動力協調控制方法，屬于永磁同步電機協調控制技術領域。

背景技術

航空發動機作為飛機的推進裝置，同時還需為飛機系統提供電源、環控引氣以及液壓裝置驅動力。對于傳統發動機，燃油泵、滑油泵以及發電機等附件通過附件機匣提取發動機功率，這種功率提取方式導致發動機結構變得復雜。而在傳統發動機基礎上改進的多電發動機，采用內置式整體起動/發電機為發動機和飛機提供所需的電源，用全電氣化傳動附件取代機械液壓式傳動附件，發動機的控制系統也由集中式全權限數字電子控制系統改為分布式控制系統，發動機的燃油泵、滑油泵和作動器也改為電力驅動。

目前，美國和歐洲都在研究多電航空發動機，其為集起動機和發電機功能于一體的電機。在發動機穩定工作前作為電起動機工作，將發動機帶轉到一定轉速，在發動機供油點火燃燒并進入穩定工作狀態后，發動機反過來帶動電機，使其成為發電機，向飛機和發動機用電設備供電。由于多電航空發動機取消了附件機械傳動部分，使得發動機的重量大大減輕，迎風面積減小，同時也易于獲得更大的電功率。該新技術的應用大大減輕了機載設備的重量，能滿足現代飛機對功率電源的需求，因而是發動機附件的一個重要發展趨勢。但是由于發動機轉子的不平衡力、機械結構的不對稱及相互摩擦等原因導致的振動，使得轉軸出現多種振動模態。同時，渦輪軸處的空氣動力轉矩會引起傳動系統的轉矩波動，當空氣動力轉矩和發電機轉矩之間存在轉矩差時，引起轉軸扭動導致轉軸變形，形成不平衡扭轉振動。轉動軸兩端的不平衡扭矩力會影響轉動軸壽命，同時引起發動機電氣負載突變，引起轉子軸系振動。

發明內容

本發明提出一種永磁發電機阻尼力與錐形磁軸承振動力協調控制方法，研究磁軸承振動力和永磁發電機阻尼力的協調控制機理。研究發動機負載突變時的轉子振動抑制方法，以降低磁軸承轉子振動位移為目標，首先研究負載突變時發電機轉子振動和直軸電流之間的關系；其次建立發電機直軸電流與磁軸承電勵磁繞組電流之間的預測控制模型；最后提出發電機負載突變時的轉子振動抑制控制策略。以降低發電機轉子振動、輸出電能質量不變為目標，首先研究發動機轉子振動與發電機直軸電流之間的數學關系；其次研究發電機轉子振動產生的偏心對不平衡徑向力、定子繞組電感和反電勢的影響規律；最后建立基于強機電耦合系統的磁軸承和發電機協調控制理論。

本發明為解決其技術問題采用如下技術方案：

一種永磁發電機阻尼力與錐形磁軸承振動力協調控制方法，包括如下步驟：

(1)先確定負載突變時發電機轉子振動和直軸電流之間的關系；

(2)建立發電機直軸電流與磁軸承電勵磁繞組電流之間的預測控制模型；

(3)得到預測值后，采用負載前饋的方法，經過比例積分(PI)和比例諧振(PR)整定，輸入到永磁發電機矢量控制器，實現發電機負載突變時的轉子振動抑制控制。

步驟(1)的具體過程如下：根據Lagrange方程得到轉子動力學微分方程，在此基礎上推導出磁軸承處轉子位移變化量與發電機電流之間非線性的傳遞關系，建立了永磁發電機徑向不平衡力與電磁轉矩的耦合關系。