【摘 要】
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分布式电推进飞机是当前国内外航空领域公认颇具前景的发展方向,是未来飞机电气化发展的必然趋势。电推进技术使飞机推进能源与动力系统电气化,使航空电力系统容量达到数十MW的功率等级,给航空电机系统设计带来巨大挑战!本文在分布式电推进飞机的发展背景下,对涡轮发电分布式电推进系统(Te DP)中的AC-AC架构进行动力系统建模、分析与控制策略设计,并且为满足高性能推力控制需求,本文针对所提推进架构中的永磁同
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分布式电推进飞机是当前国内外航空领域公认颇具前景的发展方向,是未来飞机电气化发展的必然趋势。电推进技术使飞机推进能源与动力系统电气化,使航空电力系统容量达到数十MW的功率等级,给航空电机系统设计带来巨大挑战!本文在分布式电推进飞机的发展背景下,对涡轮发电分布式电推进系统(Te DP)中的AC-AC架构进行动力系统建模、分析与控制策略设计,并且为满足高性能推力控制需求,本文针对所提推进架构中的永磁同步电机(PMSM)电流控制提出了闭环电流预测、复阻抗前馈、离散有源阻尼等若干优化措施,实验证明可有效提高电流环的动态性能与鲁棒性,具有理论和工程应用价值。首先,针对涡轮发电分布式电推进系统中AC-AC架构体积小重量轻的优点,设计了一种翼尖永磁同步电机加翼身感应电机动力布局的改进AC-AC架构,同时对电机推进器的推力与负载特性建模,并且针对动力系统模型提出了PI+前馈补偿的推力控制策略,仿真验证了该推力控制系统具有良好的跟踪性能与抗干扰性能。其次,针对电流环环路延时影响与传统开环电流预测参数鲁棒性弱的缺点,提出一种基于误差补偿器的闭环电流预测延时补偿策略。使用复矢量表示法对PMSM对象及电流环延时环节进行精确建模,总结了延时对电流环动态性能影响及常见补偿措施。利用Smith预估器理论对传统开环电流预测结构进行建模,并引入误差补偿器形成闭环结构对开环结构的电流跟踪误差缺陷进行补偿。仿真和实验证明了所提闭环电流预测策略可有效抑制延时影响且增强系统参数鲁棒性。然后,为提升高速工况下传统复矢量电流控制策略的动态解耦性能和参数鲁棒性,提出一种基于电流预测与复阻抗前馈的改进复矢量策略。由耦合度函数引出复阻抗前馈与电流预测结构,利用双边频率特性曲线、根轨迹和灵敏度函数等工具对传统策略与改进策略进行对比分析,证明改进策略具有更好的参数鲁棒性。仿真验证了理论分析结论的正确性。最后,为增强传统离散域电流调节器的抗干扰性能,设计了一种基于离散域有源阻尼的二自由度复矢量电流调节器。在离散域对数字电流控制系统进行分析与建模,将有源阻尼的概念由连续域引入离散域电流调节器设计,并且在离散域进行了稳定性与抗干扰性分析,同时给出参数设计方法。实验证明所提策略可有效增强数字电流控制系统的抗干扰性能。
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