[发明专利]多电航空发动机起动发电机控制半物理仿真装置及方法

说明书

本发明提出的是一种多电航空发动机起动发电机控制半物理仿真装置及方法，用于多电航空发动机起动过程和发电过程中起发电机的控制研究，采用伺服电机模拟航空发动机的转子运转，在起动阶段，伺服电机采取负扭矩控制模式工作，模拟起动电机拖动的发动机转子负载，在发动机模型点火后，伺服电机采取扭矩控制模式，模拟发动机转子与起动发电机协调转子加速，在发动机正常运转期间，伺服电机采取转速控制模式，模拟发动机的转子运行，并带动起动发电机发电，通过负载电阻的调整模拟发电负载的改变，本装置可实现多电航空发动机起动过程和发电过程的全面试验，仿真试验方法的置信度高，可有效提高起发电机控制研究效率。

技术领域

本发明涉及的是一种多电航空发动机起动发电机控制半物理仿真装置及方法，属于航空发动机控制技术领域。

背景技术

为了提升航空器性能、减少燃油消耗、控制噪声、减少排放，航空领域首先提出了采用功率电传技术的全电飞机(AEA，all electric aircraft)。全电飞机是以电气系统完全取代液压、气动和机械系统的飞机，即机内所有的次级功率均以电的形式进行传输和分配。由于AEA并不是一个简单的概念，也不能通过简单的系统结构替换直接得到，因此本领域内的技术研究人员通过阶段性地增加电气系统在功率转换中所占的比重以不断接近全电飞机的理想构造，从而在研究和实验的过程中产生了多电飞机（MEA）的概念：多电飞机，即采用电气系统部分替代原有的液压、气动和机械系统，二次能源主要以电能的进行传输分配的，保留机内部分现有技术下无法替代的液压、气动和机械系统的飞机。多电飞机主要采用电能进行传输分配，采用电力环控系统代替传统的引气环控系统，采用电驱动代替液压驱动。

多电航空发动机作为多电飞机的动力单元，其核心本质是提供更多的电功率，因此起动发电机是其多电部件中最核心的部件。针对起动发电机，1997年美国 NASA Lewis研究中心的专家在指出：未来飞机的起动发电机以鼠笼感应电机、无刷双馈电机与开关磁阻电机为宜。同时结合现在起动发电机的研究，主要应用于起动发电系统的有三级式同步电机、异步感应电机和开关磁阻电机。

1985年，由美国Wisconsin大学Lipo教授领导的研究小组开始研究异步电机在航空起动发电系统中的应用，并成功地研制出了原理样机。在我国，南京航空航天大学的胡育文对异步电机发电的瞬时直接转矩控制技术进行了研究，达到了美国的军用标准，性能优异，同时还研究了起动和起动转发电的控制策略，发电系统的容错性。异步电机以其结构简单、功率密度高的优势，成为了作为起动发电机的优秀选择；但是异步电机也存在发电品质不稳定，电网并网难度大等问题需要解决。

目前航空技术领域内关于起动发电机的研究已经较为完善，但是缺乏将起动发电系统应用于航空发动机，形成整体起动发电-航空发动机综合系统的研究。同时对于起动发电系统的控制研究，更多的是停留在起动发电机控制本身，而没有结合航空发动机起动过程进行控制。国内外关于起动发电机建模、控制的研究，特别是异步电机应用于航空起动发电系统的研究，可以为多电发动机控制技术的研究提供良好的支撑。

针对运用在起动发电系统的异步电机，专利号为CN201610258892.4的发明专利提出了一种双绕组异步电机交直流起动发电系统的控制方法；专利号为CN201610258896.2的发明专利公开了一种双绕组异步电机交直流起动发电系统的拓扑结构；上述专利所公开的技术方案均属于交直流混合发电的技术领域，但并没有进行基于多电发动机的控制实验。

针对电机对转试验，专利号为CN201510472250.X的发明专利涉及一种水下航行器用大功率双轴对转无刷直流电机调速方法，专利号CN201120424067.X公开一种永磁同步对转双转子电机驱动装置；专利号为CN201120475959.2的实用新型专利公开了一种针对新型的对转双转子电机驱动器进行测试的测试系统；上述有关电机对转试验的专利技术方案中，第一篇主要着重在其调速方法，后两篇主要涉及驱动装置和测试系统，未能提出针对多电航空发动机的有效测试方法。