基于双模糊PI控制的航空宽变频三级式电机调压方法技术

本发明专利技术公布了一种基于双模糊PI控制的航空宽变频三级式电机调压方法，在电压调节的过程中检测调节点反馈电压与参考电压的偏差，并求得偏差的微分，根据偏差与偏差的微分制定模糊控制的第一模糊控制器来确定PI值的变化量，另外根据转速为输入量，制定第二模糊控制器来确定上述第一模糊控制器PI值变化围绕的的中心点，通过两个模糊控制器根据实际转速和误差以及误差的变化率信息确定电压环的比例参数与积分参数，控制发电机实现更好的稳态与动态性能。本发明专利技术克服了传统方法不能适应航空三级式发电机宽转速变化范围内负载变化的情况。

Voltage regulation method of wide frequency conversion three-stage motor based on Double Fuzzy PI control

【技术实现步骤摘要】
基于双模糊PI控制的航空宽变频三级式电机调压方法
本专利技术属于航空变频发电系统的数字
，尤其涉及一种于双模糊PI控制的航空宽变频三级式电机调压方法。
技术介绍
航空发电机电压调节器通过调节发电机的励磁电流的大小使调压点的电压稳定在固定值。在原动机转速发生变化、机载负载发生变化等情况下，可能会使调压点电压不稳定，此时调压调节器通过电压闭环调节输出电压恒定。变频电源系统有着结构简单，重量轻，体积小，效率高的优点，已经逐渐替代变速恒频发电系统成为未来大型航空电源系统的发展方向，目前先进的多电飞机如波音787与空客A380均为三级式发电机发电的变速变频发电系统。由于发电机的转速变化较大，负载变化大，尤其是脉冲负载，航空供电系统要求的动态调节时间小于50ms，这对调压器的控制提出了更高的要求。晶体管模拟调压器已不能适应现在航空发电机的控制需求，数字调压器具有受环境因素影响相对较小、较强的非线性调节能力、控制参数调节简单、数据通讯与记录功能等优点。数字调压器常用的是电压外环、电流内环的双环控制结构，其调压系统电路框图如图1所示，励磁主电路采用不对称半桥。调节点反馈电压与参考电压经过电压环PI调节得到励磁电流参考值，励磁电流参考值与励磁电流经过励磁电流环PI调节得到调制信号Uf，然后与三角载波交截得到占空比信号驱动励磁功率管。三级式发电机是典型的的非线性系统，采用传统的双闭环PI控制的线性控制模式难以应对突加卸负载情况，且宽变频三级式发电机频率变化范围在360～800Hz，转速变化范围大，输出电压频率变化范围宽，发电机系统的前向通道在不同转速条件下增益有较大变化，使得普通的双闭环PI控制难以获得较好的控制效果。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术存在控制效果不佳等问题，本专利技术提供一种基于双模糊PI控制的航空宽变频三级式电机调压方法。技术方案：本专利技术提供一种基于双模糊PI控制的航空宽变频三级式电机调压方法，用于三级式发电机中，具体包括如下步骤：步骤1、将永磁副励磁机的输出线电压的输出波形调整为与输出线电压频率相同的方波信号；捕获该方波信号上连续的2个上升沿的时间差，根据该时间差计算的得到永磁副励磁机的频率fpmg；步骤2、根据永磁副励磁机与三级式发电机中的主发电机之间的极对数关系和fpmg，计算得到主发电机交流信号的频率f，基于频率f确定主发电机的转速n；步骤3、双模糊控制：调节点反馈电压，计算调节点反馈电压与参考电压的偏差e及偏差的微分ec，对偏差e以及偏差的微分ec进行模糊化处理，得到电压环的比例参数和积分参数的变化量ΔKp与ΔKi；对发电机的实时转速n进行模糊化处理，得到比例参数和积分参数的变化量的中心值Kpc与Kic；根据ΔKp、ΔKi、Kpc、Kic，确定电压环的比例参数Kp和积分参数Ki；利用该比例参数Kp和积分参数Ki对调节点反馈电压与参考电压进行电压环的PI调节，得到励磁电流参考值；步骤4、采集励磁绕组上的电流Iif，并计算Iif与步骤3中励磁电流参考值的差值，对该差值进行励磁电流环的PI调节，得到励磁电压信号Uf；步骤5、将Uf与三角波进行交截比较得到PWM调制信号；当PWM调制信号为高电平时，将永磁发电机经过三相不控整流后的电压UPMG输入至励磁绕组，作为励磁绕组的磁源；当PWM调制信号为低电平时，断开UPMG与励磁绕组的连接。进一步的，所述步骤3中计算得到电压环的比例参数和积分参数的变化量ΔKp与ΔKi的具体方法为：计算ΔKp：利用隶属度函数，求得偏差、偏差的微分对预设的第一输入模糊语言的隶属度；根据该隶属度、预设的第一模糊规则，模糊推理得到电压环比例参数的变化量ΔKp对预设的第一输出模糊语言的隶属度；使用加权平均算法对模糊推理的结果进行清晰化处理，得到ΔKp；计算ΔKi：利用隶属度函数，求得e、ec对预设好的第二输入模糊语言的隶属度；根据该隶属度、预设的第二模糊规则，模糊推理得到积分参数的变化量ΔKi对预设的第二输出模糊语言的隶属度；使用加权平均算法对模糊推理的结果进行清晰化处理，得到ΔKi；计算Kpc：利用隶属度函数，得到n对预设好的第三输入模糊语言的隶属度；根据该隶属度、预设的第三模糊规则，模糊推理得到比例参数变化量的中心值Kpc对预设的第三输出模糊语言的隶属度，使用加权平均算法对模糊推理的结果进行清晰化处理，得到Kpc；计算Kic：利用隶属度函数，得到n对预设的第四输入模糊语言的隶属度；根据该隶属度、预设的第四模糊规则，模糊推理得到积分参数变化量的中心值Kic对预设的第四输出模糊语言的隶属度，使用加权平均算法对模糊推理的结果进行清晰化处理，得到Kic。进一步的，所述预设的第一～第四输入模糊语言值均为NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB；所述预设的第一～第四输出模糊语言值也均为NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB；其中，PB表示正大，PM表示正中，PS表示正小，Z表示零，NS表示负小，NM表示负中，NB表示负大；计算e、ec对第一、二输入模糊语言的隶属度时，e和ec的论域均为{-6、-4、-2、0、2、4、6}；计算n对第三、四输入模糊语言的隶属度时，n的论域也均为{-6、-4、-2、0、2、4、6}。进一步的，所述第一模糊规则如表1所示：表1所述第二模糊规则如表2所示：表2所述第三模糊规则如表3所示：表3所述第四模糊规则如表4所示：表4进一步的，所述隶属度函数采用三角形隶属度函数和上下梯形隶属度函数。进一步的，所述步骤3中：根据ΔKp、ΔKi、Kpc、Kic，确定电压环的比例参数Kp和积分参数Ki具体为：KpΔΔKp+Kpc；Ki＝ΔKi+Kic。进一步的，所述步骤5中基于Uf，得到PWM调制信号具体为：将Uf与三角波进行交截比较得到PWM调制信号进一步的，所述步骤3中的双模糊控制由总控制器实现，所述总控制器包括双输入双输出的第一模糊控器和单输入双输出的第二模糊控制器；所述第一模糊控器的两个输入为e和ec；第二模糊控制的输入为n；第一模糊控制器的第一、二输出结果为ΔKp、ΔKi；第二模糊控制器的第一、二输出结果为Kpc、Kic；总控制将ΔKp和Kpc进行合并，将ΔKi和Kic进行合并。有益效果：本专利技术提出的基于双模糊PI控制的航空宽变频三级式电机调压方法可以根据电机实际转速以及负载的变化情况，对电压环调节器的控制参数P、I进行非线性处理，得到相应的PI参数。此方法在不同负载变化与不同转速条件下提高了系统的动态与稳态性能。附图说明图1为传统的双环控制结构调压系统电路框图；图2为典型的模糊PI控制器系统框图；图3为本专利技术的电路框图；图4为两个模糊控制器中隶属度函数示意图；图5(a)为双模糊控制器确定电压环比例参数Kp的结构图；(b)为双模糊控制器确定积分参数Ki的的结构图。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于双模糊PI控制的航空宽变频三级式电机调压方法，应用于调节三级式发电机中，其特征在于，具体包括如下步骤：/n步骤1、将永磁副励磁机的输出线电压的输出波形调整为与输出线电压频率相同的方波信号；捕获该方波信号上连续的2个上升沿的时间差，根据该时间差计算的得到永磁副励磁机的频率f

【技术特征摘要】
1.基于双模糊PI控制的航空宽变频三级式电机调压方法，应用于调节三级式发电机中，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1、将永磁副励磁机的输出线电压的输出波形调整为与输出线电压频率相同的方波信号；捕获该方波信号上连续的2个上升沿的时间差，根据该时间差计算的得到永磁副励磁机的频率fpmg；
步骤2、根据永磁副励磁机与三级式发电机中的主发电机之间的极对数关系和fpmg，计算得到主发电机交流信号的频率f，基于频率f确定主发电机的转速n；
步骤3、双模糊控制：将主发电机的输出电压作为调节点反馈电压，计算调节点反馈电压与参考电压的偏差e及偏差的微分ec，对偏差e以及偏差的微分ec进行模糊化处理，得到电压环的比例参数和积分参数的变化量ΔKp与ΔKi；对发电机的实时转速n进行模糊化处理，得到比例参数和积分参数的变化量的中心值Kpc与Kic；根据ΔKp、ΔKi、Kpc、Kic，确定电压环的比例参数Kp和积分参数Ki；
利用该比例参数Kp和积分参数Ki对调节点反馈电压与参考电压进行电压环的PI调节，得到励磁电流参考值；
步骤4、实时采集励磁绕组上的电流Iif，并计算Iif与步骤3中励磁电流参考值的差值，对该差值进行励磁电流环的PI调节，得到励磁电压信号Uf；
步骤5、基于Uf，得到PWM调制信号，当PWM调制信号为高电平时，将永磁发电机经过三相不控整流后的电压UPMG输入至励磁绕组，作为励磁绕组的磁源；当PWM调制信号为低电平时，断开UPMG与励磁绕组的连接。


2.根据权利要求1所述的基于双模糊PI控制的航空宽变频三级式电机调压方法，其特征在于，所述步骤3中计算得到电压环的比例参数和积分参数的变化量ΔKp与ΔKi的具体方法为：
计算ΔKp：利用隶属度函数，求得偏差、偏差的微分对预设的第一输入模糊语言的隶属度；根据该隶属度、预设的第一模糊规则，模糊推理得到电压环比例参数的变化量ΔKp对预设的第一输出模糊语言的隶属度；使用加权平均算法对模糊推理的结果进行清晰化处理，得到ΔKp；
计算ΔKi：利用隶属度函数，求得e、ec对预设好的第二输入模糊语言的隶属度；根据该隶属度、预设的第二模糊规则，模糊推理得到积分参数的变化量ΔKi对预设的第二输出模糊语言的隶属度；使用加权平均算法对模糊推理的结果进行清晰化处理，得到ΔKi；
计算Kpc：利用隶属度函数，得到n对预设好的第三输入模糊语言的隶属度；根据该隶属度、预设的第三模糊规则，模糊推理得到比例参数变化量的中心值Kpc对预设的第三输出模糊语言的隶属度，使用加权平均算法对模糊推理的结果进行清晰化处理，得到Kpc；
计...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹俊鹏，王慧贞，宋洁，路通，黄泽雷，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32