[发明专利]一种调磁调压直流发电机系统的最优动态PI参数整定方法

权利要求书

1.一种调磁调压直流发电机系统的最优动态PI参数整定方法，所述采用包括混合励磁发电机、励磁电流控制模块、三相二极管不控整流电路、和负载端的混合励磁发电系统实现；所述三相二极管不控整流电路包括3个并联桥臂，每个桥臂包括2个串联二极管；所述3个桥臂中点分别与混合励磁发电机的三相电枢绕组一段相连，所述三相电枢绕组另一端短接；三相二极管不控整流电路的输出端与负载端并联，所述负载端包括并联的滤波电容和负载；所述负载两侧并联有电压传感器，负载与负载电流传感器串联接入所述输出端；所述励磁电流控制模块包括单相全桥变换器和励磁绕组电压源；所述单相全桥变换器由励磁绕组电压源供电，全桥变换器由两组共四个开关管组成，所述两组开关管的中点之间连接有励磁绕组和励磁电流传感器；其特征在于，所述最优动态PI参数整定方法具体包括：

步骤S1、在混合励磁发电机不同转速情况下，记录不同负载电流I_O应的励磁电流I_f的值，通过最小二乘法拟合出励磁电流I_f、负载电流I_O和转速n的函数关系，具体如下：

I_f＝f(I_O，n)

步骤S2、基于负载端输出电容电压的状态方程，获取负载电流由I_O1到I_O3突变情况下理想最优输出电压曲线的时间函数关系；

步骤S3、基于步骤S1所述拟合函数关系，对任一转速n下的特定负载电流从I_O1到I_O3的突变，求解对应的最优动态PI参数。

2.根据权利要求1所述的一种调磁调压直流发电机系统的最优动态PI参数整定方法，其特征在于，所述步骤S2中求取理想最优输出电压曲线的时间函数关系具体包括：

步骤S2.1、将负载端输出电容电压的状态方程转化为一阶微分方程：

其中C为滤波电容值，Z为负载端等效阻抗，i_L为滤波电容前级的整流电流，i_O为经过滤波电容后的负载电流，稳态下i_O等于i_L；

步骤S2.2、当负载电流由I_O1突变到I_O3时，突变后的等效阻抗Z表示为其中U_O^*为输出电压给定值；求解一阶微分方程如下：

将负载突变时刻t₀视为0，则上式简化为：

滤波电容前级的整流电流i_L由励磁电流i_f直接控制；当单相全桥变换器的开关管输出满占空比时，励磁电流i_f沿线性上升或下降，且斜率与励磁绕组的自感值有关；当不考虑磁场饱和时，i_L随i_f线性上升或下降，上升斜率设置为k₁，下降时则设置为-k₁；

步骤S2.3、当负载突增时，整流电流i_L随励磁电流i_f线性上升，用时间函数表示为：

i_L＝k₁t+I_O1

在励磁电流下降阶段的时间函数与t₂时刻有关，t₂为整流电流i_L达到最高值的时刻，设置t₂＝x，下降阶段的时间函数表达式为：

i′_L＝-k₁t+b

在t＝x时刻，由i_L＝i’_L得到b＝2k₁x+I_O1；整流电流i_L分段表示为：

理想状态下负载突变结束时刻t₃根据t＞x时的i_L表达式，以及负载电流突变前后的值I_O1和I_O3表示如下：

步骤S2.4、当负载突增时，将分段表示的整流电流i_L代入步骤S2.2中的输出电压表达式并化简，则输出电压的理想分段时间函数表示为：