一种模块化航空有源滤波器的研究

 航空有源滤波器(AAPF)是解决飞机供电系统中电能质量问题的一种先进方案,而模块化设计对航空有源滤波器灵活性、可维护性和可靠性的提升作用巨大。首先提出并研究了一种新型模块化航空有源滤波器,分析了主电路数学模型及其混合载波PWM(CH-PWM)调制方式;其次基于损耗对比分析进行了主电路拓扑优化,推导了模块均压控制律并给出了系统控制策略;最后进行了仿真和实验验证。结果表明,模块化航空有源滤波器能够有效补偿航空电网中由典型非线性负载产生的谐波和无功电流分量,三相电网电流的总谐波畸变率(THD)均在5%以下,补偿效果显著。     

变频交流发电系统双定子绕组异步发电机低载波比控制

随着多电全电飞机的发展,变频交流(VFAC)电源发电系统已广泛应用于大型民用飞机之中。VFAC系统的主发电机具有功率大、基波频率高的特点,而大功率器件的开关频率通常不高于5kHz,因此,如何在有限载波比下保证输出电压波形质量及动态性能成为了研究的重点。基于双定子绕组异步电机(DWIG)VFAC发电系统,利用特定次谐波消除脉宽调制法(SHEPWM),针对不同的基波频率段选择不同的载波比,在保证波形质量的同时做到开关频率最低。针对SHEPWM无法实时控制的问题,采用磁链追踪控制(FTTC)对SHEPWM调制进行了改进,保证了系统动态性能,仿真和实验验证了方法的正确和有效性。低载波比控制方法不仅可以应用于变频交流发电系统,而且同样适用于中频变换器等场合。     

输入电压不平衡时的12脉冲自耦变压整流器

在含有较多非线性负载的航空供电系统中常存在三相输入电压不平衡的情况。详细分析了输入不平衡对12脉冲自耦变压整流器(ATRU)的输出电压、输入电流的影响,并提出了采用谐波抑制电抗器(HBR)来抑制谐波电流。分析了工作原理,比较了几种HBR构成方案,研制了一台2kW的演示样机。实验结果表明,谐波抑制电抗器有效抑制了三相输入电压不平衡的影响。     

基于FPGA的磁轴承转子系统自适应振动抑制

针对航空发动机磁轴承转子系统在高速运行时的振动问题,通过分析转子自身不平衡引起的同频振动、电机干扰产生的倍频振动、结构模态振动等多种振动,设计了一种基于LMS算法的自适应滤波器。滤波器加入控制系统的反馈环节,对同频、倍频振动进行滤波处理,并且能在模态频率处切换至自适应同频信号放大器抑制模态振动。通过采用波特图、定频点分析、数值仿真等方法,证明了滤波器能有效地完成对磁轴承转子系统的自适应频率跟踪振动抑制和模态振动抑制;根据FPGA的硬件架构特点,采用一种3级量化策略的符号类LMS算法,构建了基于FPGA的实时自适应滤波器模块,并进行了自适应振动抑制试验。结果表明：基于FPGA的自适应滤波器对特定频率成分的抑制效果达到80%以上。     

一种液压系统脉动消除器的设计与分析

面向航空液压系统消除压力脉动、提升系统可靠性和寿命的需求,设计了一种液压系统压力脉动消除器。基于流体网络理论建立了脉动消除器及实验系统的理论模型,并考虑安装方式和负载类型的不同,分析了脉动消除器在不同工况下的滤波效果。然后通过仿真方法验证了设计方案的可行性以及理论分析的准确性,仿真过程考虑了系统负载对脉动的影响。最后实验验证了脉动消除器的滤波效果。结果表明：设计的新型结构压力脉动消除器无运动部件、布局紧凑,与飞机液压系统中常用的液压柱塞泵使用匹配度高,是消除液压系统脉动的有效部件;在300~500 Hz的压力脉动频率范围内,研究设计的脉动消除器可以消除10 dB的压力脉动,能够满足飞机液压系统消除压力脉动的需求,在航空领域中具有广泛的应用前景。     

基于TMS320LF2407A的便携式陀螺电源的设计

设计了一种基于TMS320LF2407A的高性能陀螺逆变电源系统,采用SPWM技术获得了恒压恒频的三相正弦交流电输出,具有集成度高、低功耗的特点,利用DSP对电源输出的各种信号进行监测,提高了系统的可靠性;采用陷波滤波和低通滤波相结合的滤波电路,有效减少了电源输出的开关谐波分量。结果表明,电源各项指标均满足陀螺仪的要求。     

一种适用于FADEC系统的宽输入范围AC/DC变换器

针对航空发动机全权限数字电子控制(FADEC)系统专用发电机的输出特性,提出一种电流回馈型恒流变频AC/DC(交流/直流)变换技术,以适应专用发电机的宽输出范围,满足FADEC系统的供电需求.给出了该技术的控制策略、拓扑结构、工作原理、过压故障检测及保护设计方法.试验结果表明:该变换器工作稳定,在-55~125℃全温范围内,满足国家军用标准飞机供电特性(GJB181A)对电源的相关规定.研究成果已成功应用于某型航空发动机数字控制系统中,并通过了台架试车和飞行平台试验.      

分子液环式角加速度测量演示系统研制

利用界面双电层和流动电流基本原理,设计并制作了一种新型的分子液环式角加速度计,可对角加速度进行直接测量.为了对该种新型的角加速度计进行功能演示,研制了其测量演示系统,可为角加速度计提供基准的角加速度输入,并实时处理和显示测量数据.实验结果表明:该种分子液环式角加速度计测量范围可达20000(°)/s2,测量精度≤1(°)/s2,带宽可达0.1Hz～120Hz,可应用于高精度、高动态的角加速度直接测量.其测量演示平台可以提供频率和幅值可控的角加速度输入,实现该种新型角加速度计功能演示.     

滚动接触疲劳实验机跟踪滤波器设计

在滚动接触疲劳实验机的设计中,为了从复杂的背景噪声中提取与疲劳密切相关的振动信号,采用了窄带跟踪滤波技术.该滤波器以开关电容滤波原理为基础,设计锁相倍频电路,通过开关频率f<,CLK>,跟踪信号的中心频率f<,O>,实现实时动态跟踪滤波.实验结果证明,该滤波器满足疲劳实验机的总体设计要求.     

一种涡轴发动机控制系统自适应扭振抑制方法研究

为了解决直升机机动飞行时涡轴发动机控制系统扭振不稳定性问题,根据扭矩动力传递链特点,设计了一种基于最小均方差(LMS)的自适应滤波器,以抑制自由涡轮转速中的扭振动态,并与常规的陷波滤波器效果进行了对比。仿真结果表明,在定旋翼转速下,陷波滤波器和基于LMS的自适应滤波器均能抑制1.90Hz对应的固定扭振分量,但后者能使扭振幅值降低至5%以下,滤波效果明显优于前者;同时,变旋翼转速飞行时,发动机端的扭振基频率会随着转速变化在1.30~2.20Hz变动,此时常规陷波滤波器不再适用,而基于LMS的自适应滤波器仍可显著抑制扭振动态。     

Aircraft Power System Harmonics Involving Single-Phase PFC Converters

AC-DC converters with active power factor correction (PFC) are replacing uncontrolled diode rectification circuits on commercial jet airplanes in order to meet harmonic distortion limits imposed by new airborne electrical system power quality standards. The high line frequency of airborne AC power systems presents a major challenge for the design of PFC converters capable of meeting these standards. This paper investigates a new source of harmonic current distortion and the resulting system power quality problems related to dynamic interactions between PFC converters and the AC source. Experimental results are first presented to demonstrate the existence of such interactions and their effects on system power quality. Analytical and numerical simulation results are then presented to explain why such dynamic interactions can lead to significantly increased harmonic current distortion in steady state operation. Elimination of undesirable system interactions through proper damping of the PFC converter input filter is also presented and its effectiveness experimentally validated.     

AC/DC converter topologies for the Space Station

A new class of AC/DC converter topologies (Type-1 converters) is described, suitable for use in an advanced single-phase sine-wave voltage, high-frequency power distribution system, of the type that was proposed for a 20 kHz Space Station primary electrical power distribution system. The converter comprises a transformer, a resonant network, a current controller, a diode rectifier, and an output filter. The input AC voltage source is converted into a sinusoidal current source using the resonant network. The output of this current source is rectified by the diode rectifier and is controlled by the current controller. The controlled rectified current is then filtered by the output filter to obtain a constant voltage across the load. Three distinct converter topologies, Type-1A, Type-1B, and Type 1-C, are described, and their performance characteristics are presented. All three types have a close-to-unity rated power factor (greater than 0.98), low total harmonic distortion in input current (less than 5%), and high conversion efficiency (greater than 96%)     

起动发电机在中国大型客机上的应用

变频交流（AC）发电机在三级式恒频交流同步发电机的基础上发展而来，其宽的变速工作范围给发电机系统带来了新的特点，而变频交流起动发电机又是在变频交流发电机基础上进一步发展的，其运行条件及工作特性更为复杂。首先介绍变频交流发电机的结构特点，并给出其设计关键点以及变频工作对发电系统的影响；进一步针对变频交流起动发电机新增的起动功能，重点分析起动工作时励磁机的两种工作方式，并给出建议的工作方式。通过分析现有变频交流起动发电机及其起动发电系统，指出进一步提高其功率密度和效率是完全可能且必要的，从而为其在中国未来大型客机上的应用和发展提供参考与建议。     

变速恒频电源闭环控制系统设计

 本文讨论了变速恒频电源闭环控制电路的设计。闭环控制电路的目的除保证变速恒频电源达到所要求的动、静态性能指标外,对其中交交变频器输出中存在的直流、次谐波及其它谐波分量要有强的抑制能力,以减小主电路滤波器的体积重量。为此,文中提出了采用微分反馈并联校正、比例积分串联校正及电压调节的闭环控制系统方案,并进行了一系列实验研究和验证。     

基于DSC整流器和双闭环PR逆变器的模块化中频静变电源

与传统中频电源相比,模块化中频静变电源具有选用灵活、可靠性高、冗余性好、便于系统维护等优点。中频静变电源整流器在控制母线电压稳定的同时还要实现单位功率因数控制。为此,具体分析了双电流环控制策略,给出了双电流环控制器中电压电流正负序分离原理和双dq锁相环的具体实现方法,即延时信号抵消(DSC)和双闭环准比例谐振(PR)。针对逆变器输出电压基波无差跟踪困难、谐波含量高等问题,采用双闭环多重准PR控制策略,实现中频电压的稳定输出。仿真和试验结果表明,双电流环控制器能同时实现母线电压稳定和单位功率因数控制,采用双闭环多重准PR控制策略的中频逆变器能够输出稳定的中频交流电压。     

High-performance front-end converter for avionics applications [aircraft power systems]

The distributed power systems of future commercial aircraft will adopt variable frequency generation (360 to 800 Hz). Front-end converters in the system will be required to have a high efficiency and a low total harmonic distortion (THD) of the input current. This paper explains the design of a zero-voltage-switching (ZVS) active-clamped isolated low-harmonic SEPIC rectifier for such applications. Utilization of the transformer leakage inductance for ZVS and a single-layer transformer design contribute to a high efficiency. An accurate averaged switch model has been developed, which shows that the control-to-input-current transfer function of this converter does not exhibit resonances observed in the conventional SEPIC. As a result, for closed-loop operation using average current control, damping of the coupling capacitor is not required. Operating at a switching frequency of 200 kHz, an experimental 100 W, 28 V output rectifier achieves a THD of 3-4% and efficiency exceeding 90% over the entire line frequency range.     

1/spl phi/ 3W grid-connection PV power inverter with partial active power filter

This paper presents a single-phase three-wire (1/spl phi/ 3W) grid-connection photovoltaic (PV) power inverter with a of partial active power filter (PAPF) feature, which can not only deal with PV power but filter current harmonics and improve power factor. Once the processed power exceeds the switch ratings, the inverter can reduce its output reactive power and harmonic power, while still supplying the maximum real power generated by the PV arrays. In the derivation of control laws, a limit circle is defined to confine the output power of the inverter. To determine the power that the inverter can process, the instantaneous reactive power of a 1/spl phi/ 3W system is defined and used to calculate reactive power, which can avoid complex detections of phase angle and magnitude of the fundamental component of a nonlinear load current. Simulation results and experimental measurements have verified the proposed algorithm and the feasibility of the inverter.     

基于FIR滤波器及分数阶重复控制的变频空调压缩机电流谐波抑制方法

变频空调压缩机在低频运行时存在着较大的电流谐波。当采用普通重复控制器时,由于采样频率与电流谐波基频的比值不一定为整数,使得重复控制器内模与电流谐波基频存在偏差,导致普通重复控制器电流谐波抑制能力下降。针对该问题,采用基于固定采样频率的分数阶重复控制策略。首先,采用Lagrange插值定理去逼近分数延时环节;其次,采用FIR滤波器替代低通滤波器减小相位引起的误差;最后,针对分数阶重复控制器的相位滞后特性,分别进行低、中、高频段相位补偿。试验结果表明,提出的控制策略能够有效地抑制变频空调压缩机低频运行时的电流谐波。