航空多电发动机DCDC变换器数字化控制研究

发布时间：2017-10-14 03:32

  本文关键词：航空多电发动机DCDC变换器数字化控制研究

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【摘要】：随着现代电力电子技术的进步,航空动力系统出现了多电化、全电化的概念。在多电发动机中,主要次级功率以电的形式进行传递和控制。多电发动机能提高燃油利用效率,且具有较好的可靠性和可维护性。发动机复杂的工作环境和多变的工作状态往往导致发电电压不稳定甚至出现很大的波动,需要设计安全可靠、高效的DCDC变换器进行电压的转换,为发动机稳定工作以及飞行的安全提供保障。DCDC变换器是连接直流输入电压与负载之间的纽带,其性能的优劣取决于拓扑硬件电路以及控制算法的设计。合理的DCDC变换器拓扑电路要满足一定的电压纹波以及电流纹波,并且要有良好的检测电路来监控电路状态并反馈给控制系统,方便设计变换器控制算法。另外为了实现DCDC变换器稳定的电压输出和良好的动态性能,使多电发动机安全可靠地工作,需要设计稳定高效的控制算法。本文设计了合理有效的多电发动机DCDC变换器,对其进行工作原理分析,并建立数学模型,并进行多种DCDC变换器控制算法的研究,采用嵌入式STM32芯片实现控制算法进行实验,保证多电发动机DCDC变换器实现快速可靠的电能转换。论文主要研究工作如下:(1)进行了多电发动机DCDC变换器电路方案研究,设计了DCDC变换器硬件电路和控制电路。对DCDC变换器的工作原理进行分析,采用开关周期平均法建立大信号系统非线性模型,并分离模型中的稳态参量和动态参量,得到DCDC变换器线性化的小信号模型,便于DCDC控制器的设计。(2)进行多电发动机DCDC变换器控制算法的研究。对DCDC变换器电路进行频域分析,设计了补偿网络反馈控制器。针对DCDC变换器,结合现代控制理论,设计了DCDC变换器滑模控制算法。提出了传统人工蜂群算法(ABC算法)的不足,并加以多方面的改进,设计了一种融合蜂群算法(HABC算法),用于DCDC变换器PID控制器参数优化,并基于HABC算法分别设计了离线整定算法和在线自适应PID控制算法。仿真结果表明了所设计的控制算法具有良好的动态性能和稳定性。(3)进行了多电发动机DCDC控制器软件设计。将DCDC变换器的连续控制算法离散化,结合STM32嵌入式芯片,利用STM32芯片的通用定时器、ADC模块等外设,设计了基于STM32的裸机控制程序。进一步的将uC/OS-Ⅱ实时操作系统移植到STM32处理器,便于控制程序的编写和提高控制的可靠性,在此基础上进行了DCDC变换器的基于uC/OS-Ⅱ实时操作系统的控制程序设计。实验结果表明,论文所设计的DCDC控制器具有优良的控制性能,能够实现电压的稳定输出,具有较快的动态响应和抗负载干扰特性,满足了DCDC变换器控制的要求。
【关键词】：DCDC变换器 人工蜂群算法 补偿网络控制 PID控制 滑模控制 STM32微处理器 uC/OS-Ⅱ实时操作系统
【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】：2016
【分类号】：V233.7
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 多电发动机DCDC变换器研究背景及意义16-18
• 1.2 DCDC变换器数字化控制研究概述18-20
• 1.3 论文主要研究内容20-22
• 第二章 航空多电发动机DCDC变换器建模研究22-35
• 2.1 DCDC变换器在航空多电发动机中的作用22-23
• 2.2 Buck型DCDC变换器工作模式分析23-28
• 2.2.1 DCDC变换器工作的基础电路原理23-25
• 2.2.2 DCDC变换器的CCM模式25-28
• 2.2.3 DCDC变换器的DCM模式28
• 2.3 Buck型DCDC变换器的动态数学模型28-34
• 2.3.1 Buck型DCDC变换器的大信号非线性模型29-31
• 2.3.2 Buck型DCDC变换器的小信号线性模型31-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 多电发动机DCDC变换器硬件电路及控制系统设计35-48
• 3.1 引言35
• 3.2 DCDC变换器硬件电路设计35-43
• 3.2.1 滤波电感和滤波电容设计35-36
• 3.2.2 缓冲电路设计36-38
• 3.2.3 旁路电容和去耦电容设计38-39
• 3.2.4 驱动电路设计39-40
• 3.2.5 检测电路设计40-42
• 3.2.6 电路图绘制42-43
• 3.3 DCDC变换器控制系统设计43-46
• 3.3.1 STM32处理器介绍43-46
• 3.3.2 基于STM32的DCDC变换器控制系统设计46
• 3.4 本章小结46-48
• 第四章 多电发动机DCDC变换器控制算法研究48-74
• 4.1 引言48
• 4.2 DCDC变换器补偿网络控制研究48-54
• 4.2.1 补偿网络控制原理48-49
• 4.2.2 DCDC变换器补偿网络控制器设计49-52
• 4.2.3 仿真分析52-54
• 4.3 DCDC变换器滑模控制研究54-59
• 4.3.1 滑模控制原理54-56
• 4.3.2 DCDC变换器滑模控制设计56-57
• 4.3.3 仿真分析57-59
• 4.4 基于HABC算法的DCDC变换器智能PID控制研究59-72
• 4.4.1 概述59-61
• 4.4.2 PID控制原理61-62
• 4.4.3 标准人工蜂群算法(ABC)理论62-63
• 4.4.4 一种改进的融合蜂群（HABC）算法研究63-64
• 4.4.5 HABC算法的收敛性分析64-67
• 4.4.6 基于离线HABC算法的DCDC变换器PID控制设计及仿真67-70
• 4.4.7 基于在线HABC算法的DCDC变换器时变最优PID控制及仿真70-72
• 4.5 本章小结72-74
• 第五章 多电发动机DCDC控制器软件设计74-99
• 5.1 引言74
• 5.2 连续控制算法的离散化74-75
• 5.3 基于STM32处理器的裸机控制程序设计75-78
• 5.3.1 Keil μVision开发环境介绍75-76
• 5.3.2 控制程序设计76-78
• 5.4 uC/OS-Ⅱ实时操作系统的原理78-83
• 5.4.1 uC/OS-Ⅱ实时操作系统简介78-79
• 5.4.2 uC/OS-Ⅱ实时操作系统的体系结构79-81
• 5.4.3 uC/OS-Ⅱ实时操作系统的任务管理81-83
• 5.5 uC/OS-Ⅱ实时操作系统在STM32上的移植83-89
• 5.5.1 Cortex-M3内核84-85
• 5.5.2 os_cpu.h文件的移植85-86
• 5.5.3 os_cpu_a.asm文件的移植86-87
• 5.5.4 os_cpu_c.c文件的移植87-89
• 5.6 基于uC/OS-Ⅱ实时操作系统控制程序设计89-92
• 5.6.1 控制程序结构89-90
• 5.6.2 控制任务设计90-92
• 5.7 多电发动机DCDC控制器实验结果分析92-98
• 5.7.1 DCDC变换器实验平台92-94
• 5.7.2 阶跃响应实验94-95
• 5.7.3 负载突变实验95-96
• 5.7.4 供电电压突变实验96-98
• 5.8 本章小结98-99
• 第六章 总结与展望99-101
• 6.1 工作总结99-100
• 6.2 展望100-101
• 参考文献101-105
• 致谢105-106
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文106

【参考文献】

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本文编号：1028776