航空三相PWM整流器及其故障诊断与容错控制研究

发布时间：2017-10-01 07:43

  本文关键词：航空三相PWM整流器及其故障诊断与容错控制研究

  更多相关文章： 航空变频电网 三相PWM整流器 开路故障 故障诊断 故障容错控制

【摘要】：变频交流电源系统具有结构简单可靠、效率高、发电机容量易于做大等优点,在大型民用飞机中具有广阔的应用前景。相比于传统的无源整流方案,三相PWM整流器对电网谐波污染小、可实现单位功率因数,将其用于航空场合是未来的发展趋势;但是全控器件的采用致使系统可靠性降低,制约其在航空领域的应用。因此,研究航空PWM整流器及其故障诊断与容错控制策略具有重要意义。本文首先介绍了航空PWM整流器的研究现状与发展趋势;阐述了三相桥式PWM整流器的数学模型、dq旋转坐标系下的双闭环PI调节控制策略以及空间矢量脉宽调制方法,并对控制环路进行参数设计。本文研究了功率器件故障对三相桥式PWM整流器工作特性的影响,并根据故障特征对故障模式进行分类。通过详细分析开关管开路故障时网侧电流的畸变情况,提出一种基于网侧电流相角的开关管开路故障诊断方法,并给出具体的实现和诊断参数选取方法。该方法能够实现多管开路故障诊断,并具有软件算法简单、无需增加硬件电路、对瞬变状态鲁棒性高等优点。本文对现有的故障容错方案进行了可行性分析,总结出四种适用于三相桥式PWM整流器的故障容错拓扑。通过分析开关管开路故障对空间电压矢量的影响,研究了一种基于PWM开关模式修正的软件容错算法,可有效降低网侧电流畸变程度和直流侧电压脉动。最后,从可容错故障类型、成本、容错后系统性能等角度对可行的故障容错方案进行了综合评估。在理论分析的基础上,设计并搭建了一台5k W全数字控制的三相桥式PWM整流器原理样机。实验结果表明,系统在航空变频电网输入下工作性能满足要求,所提出的故障诊断与容错控制方案有效。
【关键词】：航空变频电网 三相PWM整流器 开路故障 故障诊断 故障容错控制
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM461
【目录】：

• 摘要4-5
• 英文摘要5-12
• 注释表12-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 课题的研究背景及意义14-15
• 1.1.1 航空变频电网14-15
• 1.1.2 故障诊断与容错控制15
• 1.2 航空PWM整流器研究现状15-18
• 1.3 变换器故障诊断与容错控制研究现状18-21
• 1.3.1 故障诊断技术18-19
• 1.3.2 故障容错技术19-21
• 1.4 本文的主要研究内容21-23
• 第二章 三相桥式PWM整流器的数学模型与控制策略23-33
• 2.1 三相桥式PWM整流器的数学模型23-26
• 2.1.1 静止坐标系下的高频数学模型23-24
• 2.1.2 静止坐标系下的低频数学模型24-25
• 2.1.3 旋转坐标系下的低频数学模型25-26
• 2.2 三相桥式PWM整流器控制策略26-29
• 2.2.1 dq旋转坐标系下的双闭环控制26-27
• 2.2.2 空间矢量脉宽调制算法27-29
• 2.3 三相桥式PWM整流器控制系统设计29-31
• 2.3.1 电流环设计29-30
• 2.3.2 电压环设计30-31
• 2.4 仿真分析31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 三相桥式PWM整流器功率管故障诊断技术33-49
• 3.1 功率器件故障对整流器工作特性影响33-39
• 3.1.1 单个功率器件故障对整流器工作特性的影响33-35
• 3.1.2 多个功率器件故障对整流器工作特性的影响35-37
• 3.1.3 故障模式总结37-39
• 3.2 整流器开关管开路故障特征分析39-44
• 3.2.1 单个开关管开路故障39-41
• 3.2.2 系统参数对网侧电流畸变情况的影响41-43
• 3.2.3 多个开关管同时开路故障43-44
• 3.3 基于电流相角的开关管开路故障诊断方法44-48
• 3.3.1 诊断原理与实现方法44-47
• 3.3.2 仿真分析47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 三相桥式PWM整流器功率管故障容错技术49-60
• 4.1 传统容错方案可行性分析49-53
• 4.1.1 桥臂冗余型容错拓扑49
• 4.1.2 开关冗余型容错拓扑49-51
• 4.1.3 三相四桥臂容错拓扑51-52
• 4.1.4 两相四开关容错拓扑52-53
• 4.2 基于PWM开关模式修正的容错控制策略53-58
• 4.2.1 开关管开路故障对空间电压矢量的影响53-55
• 4.2.2 PWM开关模式修正方法55-58
• 4.2.3 仿真分析58
• 4.3 容错方案对比分析58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 系统设计及实验结果分析60-72
• 5.1 设计指标60
• 5.2 硬件设计60-65
• 5.2.1 功率管选择60-61
• 5.2.2 交流侧电感61-63
• 5.2.3 直流侧电容63-64
• 5.2.4 双向晶闸管及其触发电路64-65
• 5.3 软件设计65-66
• 5.4 实验结果与分析66-71
• 5.4.1 整流器工作性能实验66-68
• 5.4.2 故障诊断68-69
• 5.4.3 故障容错69-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第六章 结束语72-73
• 6.1 本文工作总结72
• 6.2 下一步工作72-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77

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本文编号：952177