适用于航空电力作动器的PWM整流方法研究

【类型】学位论文

【作者】张巍 

【关键词】 PWM整流器 电力作动器 动态负载 切换控制 最大功率控制 恒功率负载 航空变频电源

【摘要】随着航空工业的发展，由于体积、重量、成本等方面的诸多优势，飞机的“多电”技术替代传统飞机以液压为主的传动技术被视为是必然的发展趋势。航空电力作动器是未来“多电”飞机电力系统的一类重要负载，承担着驱动飞机控制面的任务。作为一个闭环调节的快速位置伺服系统，航空电力作动器具有运行周期内功率大范围快速变化的动态负载特性以及瞬时功率输出不变的恒功率负载特性，是一种典型的具有高度非线性的负载，易给飞机电力系统带来大量谐波，影响其他设备的正常运行。为解决上述由于电力作动器的非线性特性带来的谐波问题，本文重点研究了适用于航空电力作动器负载的三相PWM整流器控制和设计方法。通过采用先进的PWM整流技术代替现有飞机上广泛使用的不控整流技术，降低电力作动器运行给飞机电力系统带来的谐波并提高功率因数。针对电力作动器的负载特性以及航空电力系统的特点，本文主要进行了以下几个方面的研究工作：1) 以航空电力作动器为负载的PWM整流器的非线性控制问题；2) 变频电源供电下PWM整流器的设计与控制问题；3) 以航空电力作动器为负载的PWM整流器的功率设计与控制问题；4) 完成样机研制、模型搭建并进行试验与仿真。基于切换系统理论，本文提出了PWM整流器的切换控制策略，用来解决PWM整流器在大范围动态变化负载作用下的非线性控制问题；通过对PWM整流器单位功率因数运行状态下进行稳态分析，本文提出了航空变频电源供电下PWM整流器的设计原则，并采用预测电流控制方法解决电源频率变化带来的电流环控制问题；通过对PWM整流器进行功率分析，本文提出了一种最大功率控制方法解决航空电力作动器短时大功率、通常小功率的负载运行特性给PWM整流器带来的设计和控制问题。本文还对多电飞机的发展历程、PWM整流器数学模型的建立、航空电力作动器的负载特性分析以及样机的硬件设计等进行了详细的介绍。最后，进行了全文总结并提出几点需要进一步研究的问题。此外，附录中给出了部分Matlab代码以供读者参考。

【学位名称】博士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】周元钧

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