[发明专利]一种混合励磁发电机的控制方法

说明书

本发明公开了一种混合励磁发电机的控制方法，在混合励磁发电机的负载发生突增或突减时，通过合理设计各时刻及励磁电流变化速率，在控制过程中满足整流电路输出电流的平均值的积分值与负载电流的积分值相等，且过程结束时整流电路输出电流平均值的瞬时值与突变时刻的负载电流瞬时值相等，从而输出电压只经过一次调节过程即可收敛，负载突变过程无超调或下调且收敛时间最短，解决了现有基于充放电能量控制的发电机电压控制充电电流与输出电压的动态曲线受PID参数影响、不能实现最优、存在多次调节过程的问题。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，主要涉及一种混合励磁发电机的控制方法。

背景技术

混合励磁电机结合了电励磁电机励磁磁场可调、容易实现故障灭磁和永磁电机转矩密度相对较高的优点，特别适合应用在航空发电系统中。

基于调磁调压策略的混合励磁发电机发电系统的主要控制思想如下：输出电压的给定值与实际值做差，差值经过PID调节器得到励磁电流的给定值，利用变换器使得励磁电流的实际值跟踪上给定值。

上述系统的电压控制的动态性能一般，主要原因有以下两点：

(1)经二极管整流后的电流谐波较大，为了抑制输出电压纹波，直流环节需要一个较大容值的电容器，动态响应的速度因此被降低。

(2)为了尽可能减小励磁电流，励磁绕组的匝数往往较大，由此带来励磁电感较大使得励磁电流调节时间常数较大。

为了提高上述系统的动态性能，文献《Capacitor-Energy-based Control ofDoubly Salient Brushless DC Generator for Dynamic Performance Optimization，Yanwu Xu；Zhuoran Zhang；Zhangming Bian；Li Yu，IEEE Transactions on EnergyConversion，2020，Vol：35，no：4，1886-1896》提出了基于充放电能量控制的发电机电压控制方法，它的主要控制思想如下：滤波电容充电功率的期望值与实际值做差，差值经过PID调节器得到充电电流的期望值，充电电流的期望值与负载电流相加得到整流电路的输出电流，再根据整流电路的输出电流与励磁电流的函数关系，得到励磁电流的给定值，利用变换器使得励磁电流的实际值跟踪上给定值。与调磁调压策略相比，基于充放电能量控制的发电机电压控制方法以充电电流为控制目标，提高了系统的动态性能，减小了输出电压的动态纹波。

然而，与调磁调压策略相比，基于充放电能量控制的发电机电压控制方法本质上采用的也是双环控制(电压外环、电流内环)，且两环采用的都是PID控制器。PID控制可以实现控制量的最终收敛，并不探究控制量的最优动态曲线。因此，基于充放电能量控制的发电机电压控制方法虽然有优于调磁调压策略的动态性能，但是其输出电压的动态的波形仍然存在多次调节过程，存在超调/下调过程。同时，考虑到发电机的输出电压受转速和负载的影响，当转速较低或者负载较重时都需要较大的励磁电流来维持稳压，容易带来磁场的饱和。使用传统的PID控制器将很难找到适合于所有工作点的PI参数，在不同的工况下遭遇负载突增突卸时，动态性能往往不能达到最优，系统的动态性能受到PID参数的影响。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种混合励磁发电机的控制方法，解决了现有基于充放电能量控制的发电机电压控制充电电流与输出电压的动态曲线受PID参数影响、不能实现最优、存在多次调节过程的问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：