本文關鍵詞：航空多電發(fā)動機DCDC變換器數字化控制研究

  更多相關文章： DCDC變換器 人工蜂群算法 補償網絡控制 PID控制 滑模控制 STM32微處理器 uC/OS-Ⅱ實時操作系統(tǒng)

【摘要】：隨著現代電力電子技術的進步,航空動力系統(tǒng)出現了多電化、全電化的概念。在多電發(fā)動機中,主要次級功率以電的形式進行傳遞和控制。多電發(fā)動機能提高燃油利用效率,且具有較好的可靠性和可維護性。發(fā)動機復雜的工作環(huán)境和多變的工作狀態(tài)往往導致發(fā)電電壓不穩(wěn)定甚至出現很大的波動,需要設計安全可靠、高效的DCDC變換器進行電壓的轉換,為發(fā)動機穩(wěn)定工作以及飛行的安全提供保障。DCDC變換器是連接直流輸入電壓與負載之間的紐帶,其性能的優(yōu)劣取決于拓撲硬件電路以及控制算法的設計。合理的DCDC變換器拓撲電路要滿足一定的電壓紋波以及電流紋波,并且要有良好的檢測電路來監(jiān)控電路狀態(tài)并反饋給控制系統(tǒng),方便設計變換器控制算法。另外為了實現DCDC變換器穩(wěn)定的電壓輸出和良好的動態(tài)性能,使多電發(fā)動機安全可靠地工作,需要設計穩(wěn)定高效的控制算法。本文設計了合理有效的多電發(fā)動機DCDC變換器,對其進行工作原理分析,并建立數學模型,并進行多種DCDC變換器控制算法的研究,采用嵌入式STM32芯片實現控制算法進行實驗,保證多電發(fā)動機DCDC變換器實現快速可靠的電能轉換。論文主要研究工作如下:(1)進行了多電發(fā)動機DCDC變換器電路方案研究,設計了DCDC變換器硬件電路和控制電路。對DCDC變換器的工作原理進行分析,采用開關周期平均法建立大信號系統(tǒng)非線性模型,并分離模型中的穩(wěn)態(tài)參量和動態(tài)參量,得到DCDC變換器線性化的小信號模型,便于DCDC控制器的設計。(2)進行多電發(fā)動機DCDC變換器控制算法的研究。對DCDC變換器電路進行頻域分析,設計了補償網絡反饋控制器。針對DCDC變換器,結合現代控制理論,設計了DCDC變換器滑�？刂扑惴�。提出了傳統(tǒng)人工蜂群算法(ABC算法)的不足,并加以多方面的改進,設計了一種融合蜂群算法(HABC算法),用于DCDC變換器PID控制器參數優(yōu)化,并基于HABC算法分別設計了離線整定算法和在線自適應PID控制算法。仿真結果表明了所設計的控制算法具有良好的動態(tài)性能和穩(wěn)定性。(3)進行了多電發(fā)動機DCDC控制器軟件設計。將DCDC變換器的連續(xù)控制算法離散化,結合STM32嵌入式芯片,利用STM32芯片的通用定時器、ADC模塊等外設,設計了基于STM32的裸機控制程序。進一步的將uC/OS-Ⅱ實時操作系統(tǒng)移植到STM32處理器,便于控制程序的編寫和提高控制的可靠性,在此基礎上進行了DCDC變換器的基于uC/OS-Ⅱ實時操作系統(tǒng)的控制程序設計。實驗結果表明,論文所設計的DCDC控制器具有優(yōu)良的控制性能,能夠實現電壓的穩(wěn)定輸出,具有較快的動態(tài)響應和抗負載干擾特性,滿足了DCDC變換器控制的要求。
【關鍵詞】：DCDC變換器 人工蜂群算法 補償網絡控制 PID控制 滑�？刂� STM32微處理器 uC/OS-Ⅱ實時操作系統(tǒng)
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V233.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 緒論16-22
• 1.1 多電發(fā)動機DCDC變換器研究背景及意義16-18
• 1.2 DCDC變換器數字化控制研究概述18-20
• 1.3 論文主要研究內容20-22
• 第二章 航空多電發(fā)動機DCDC變換器建模研究22-35
• 2.1 DCDC變換器在航空多電發(fā)動機中的作用22-23
• 2.2 Buck型DCDC變換器工作模式分析23-28
• 2.2.1 DCDC變換器工作的基礎電路原理23-25
• 2.2.2 DCDC變換器的CCM模式25-28
• 2.2.3 DCDC變換器的DCM模式28
• 2.3 Buck型DCDC變換器的動態(tài)數學模型28-34
• 2.3.1 Buck型DCDC變換器的大信號非線性模型29-31
• 2.3.2 Buck型DCDC變換器的小信號線性模型31-34
• 2.4 本章小結34-35
• 第三章 多電發(fā)動機DCDC變換器硬件電路及控制系統(tǒng)設計35-48
• 3.1 引言35
• 3.2 DCDC變換器硬件電路設計35-43
• 3.2.1 濾波電感和濾波電容設計35-36
• 3.2.2 緩沖電路設計36-38
• 3.2.3 旁路電容和去耦電容設計38-39
• 3.2.4 驅動電路設計39-40
• 3.2.5 檢測電路設計40-42
• 3.2.6 電路圖繪制42-43
• 3.3 DCDC變換器控制系統(tǒng)設計43-46
• 3.3.1 STM32處理器介紹43-46
• 3.3.2 基于STM32的DCDC變換器控制系統(tǒng)設計46
• 3.4 本章小結46-48
• 第四章 多電發(fā)動機DCDC變換器控制算法研究48-74
• 4.1 引言48
• 4.2 DCDC變換器補償網絡控制研究48-54
• 4.2.1 補償網絡控制原理48-49
• 4.2.2 DCDC變換器補償網絡控制器設計49-52
• 4.2.3 仿真分析52-54
• 4.3 DCDC變換器滑�？刂蒲芯�54-59
• 4.3.1 滑�？刂圃�54-56
• 4.3.2 DCDC變換器滑�？刂圃O計56-57
• 4.3.3 仿真分析57-59
• 4.4 基于HABC算法的DCDC變換器智能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 標準人工蜂群算法(ABC)理論62-63
• 4.4.4 一種改進的融合蜂群（HABC）算法研究63-64
• 4.4.5 HABC算法的收斂性分析64-67
• 4.4.6 基于離線HABC算法的DCDC變換器PID控制設計及仿真67-70
• 4.4.7 基于在線HABC算法的DCDC變換器時變最優(yōu)PID控制及仿真70-72
• 4.5 本章小結72-74
• 第五章 多電發(fā)動機DCDC控制器軟件設計74-99
• 5.1 引言74
• 5.2 連續(xù)控制算法的離散化74-75
• 5.3 基于STM32處理器的裸機控制程序設計75-78
• 5.3.1 Keil μVision開發(fā)環(huán)境介紹75-76
• 5.3.2 控制程序設計76-78
• 5.4 uC/OS-Ⅱ實時操作系統(tǒng)的原理78-83
• 5.4.1 uC/OS-Ⅱ實時操作系統(tǒng)簡介78-79
• 5.4.2 uC/OS-Ⅱ實時操作系統(tǒng)的體系結構79-81
• 5.4.3 uC/OS-Ⅱ實時操作系統(tǒng)的任務管理81-83
• 5.5 uC/OS-Ⅱ實時操作系統(tǒng)在STM32上的移植83-89
• 5.5.1 Cortex-M3內核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實時操作系統(tǒng)控制程序設計89-92
• 5.6.1 控制程序結構89-90
• 5.6.2 控制任務設計90-92
• 5.7 多電發(fā)動機DCDC控制器實驗結果分析92-98
• 5.7.1 DCDC變換器實驗平臺92-94
• 5.7.2 階躍響應實驗94-95
• 5.7.3 負載突變實驗95-96
• 5.7.4 供電電壓突變實驗96-98
• 5.8 本章小結98-99
• 第六章 總結與展望99-101
• 6.1 工作總結99-100
• 6.2 展望100-101
• 參考文獻101-105
• 致謝105-106
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文106

【參考文獻】

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