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      一種飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的整流器故障仿真方法

      文檔序號:6630933閱讀:427來源:國知局
      一種飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的整流器故障仿真方法
      【專利摘要】本發(fā)明提出一種飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的整流器故障仿真方法,首先建立仿真模型,仿真模型中采用同步發(fā)電機(jī)作為飛機(jī)IDGs的勵磁電機(jī)和主發(fā)電機(jī),采用三相橋式全控整流電路作為飛機(jī)IDGs整流器;其次在仿真模型中,依次對飛機(jī)IDGs整流器中的每個二極管單獨發(fā)生故障進(jìn)行仿真,得到二極管單獨發(fā)生故障的故障仿真波形;再依次對飛機(jī)IDGs整流器中的任意兩個二極管同時發(fā)生故障進(jìn)行仿真,得到飛機(jī)IDGs整流器中任意兩個二極管同時發(fā)生故障的故障仿真波形。本發(fā)明通過所建立的仿真模型搭建正確的電路來反映系統(tǒng)的復(fù)雜性,非線性和時變性特性,正確的建立了系統(tǒng)的仿真模型,并且對飛機(jī)IDGs中核心器件都進(jìn)行了相對應(yīng)的仿真,能夠?qū)︼w機(jī)IDGs整流器中二極管的故障進(jìn)行故障仿真。
      【專利說明】一種飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的整流器故障仿真方法

      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明涉及故障仿真領(lǐng)域,具體為一種飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的整流器故障仿真方法,通 過對已建立好的模型對其進(jìn)行不同狀態(tài)下的仿真得出相應(yīng)故障下的仿真結(jié)果,對實物故障 波形的預(yù)測。

      【背景技術(shù)】
      [0002] 飛機(jī)電氣系統(tǒng)由電源系統(tǒng)和配電系統(tǒng)組成,是現(xiàn)代飛機(jī)的一個重要組成部分。它 的作用是向飛機(jī)上的所有用電設(shè)備(如飛控系統(tǒng)、航空電子系統(tǒng)、火控系統(tǒng)等)提供電能, 以保證飛機(jī)的安全飛行和完成運輸和作戰(zhàn)任務(wù)。隨著現(xiàn)代科學(xué)和航空技術(shù)的飛速發(fā)展,飛 機(jī)上的各種電子設(shè)備日益增多,用電量不斷增加,飛機(jī)電氣系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制越來越 復(fù)雜,電氣系統(tǒng)的浪涌、尖峰等瞬態(tài)變化過程,會引起飛機(jī)機(jī)載電子系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作甚至于 危險的操縱,電路元件的開路或短路對飛機(jī)任務(wù)設(shè)備的性能產(chǎn)生惡劣的影響,甚至?xí)?dǎo)致 飛行事故。目前由于飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)故障出現(xiàn)的高概率和飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的故障給飛機(jī)安全帶 來的嚴(yán)重隱患,飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)故障診斷以成為飛機(jī)主要故障診斷對象。例如波音737-800 型飛機(jī)在剛投入使用時,先后出現(xiàn)過幾次整流二極管短路造成的故障,由于故障診斷不當(dāng), 使得對飛機(jī)的整個發(fā)電系統(tǒng)帶來損壞,其研究診斷過程中損失了大量的時間和金錢。波音 787夢幻飛機(jī)是波音公司新研發(fā)民用飛機(jī),由于連續(xù)出現(xiàn)安全故障,尤其是其發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的 故障,目前美國聯(lián)邦航空局已宣布停飛所有波音787夢幻飛機(jī)。因此發(fā)展一個可靠的電氣 系統(tǒng)來對組合電源裝置的故障進(jìn)行分析對航空電子系統(tǒng)等飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)是非常有必要的。 飛機(jī)供電系統(tǒng)的研究引起了國內(nèi)外的普遍關(guān)注,已日益成為影響和促進(jìn)航空技術(shù)發(fā)展的重 要因素。
      [0003] 電力電子設(shè)備由很多部分組成,包括電力電子主電路、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)和各種應(yīng)用 電路,其中任意部分的故障都將導(dǎo)致整個設(shè)備的故障,只有對各個部分都實現(xiàn)了自動故障 診斷,才可能實現(xiàn)整個電力電子設(shè)備的故障診斷。電力電子變流電路作為整個電力電子設(shè) 備的關(guān)鍵部分,它不僅故障率高,且故障所導(dǎo)致的后果也很嚴(yán)重,因此電力電子整流電路的 故障診斷技術(shù)是電力電子設(shè)備故障診斷技術(shù)中最重要的一環(huán),正確有效及時對飛機(jī)發(fā)電系 統(tǒng)進(jìn)行故障診斷是目前科研熱門研究領(lǐng)域。
      [0004] 飛機(jī)電源系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了低壓直流電源、恒速恒頻交流電源、變速恒頻電源以 及高壓直流電源的過程。飛機(jī)綜合驅(qū)動發(fā)電機(jī)Integrated drive generators (IDGs)是目 前比較先進(jìn)的供電系統(tǒng),所以針對飛機(jī)IDGs系統(tǒng)的診斷剛起步,診斷方法有限。IDGs是飛 機(jī)電力系統(tǒng)的主要供電裝置。飛機(jī)IDGs主要是無刷交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)由勵磁發(fā)電機(jī),整流電 路,主發(fā)電機(jī),負(fù)載和一些控制電路組成。勵磁電機(jī),整流電路和主發(fā)電機(jī)是系統(tǒng)的核心部 件,其中整流電路二極管故障是飛機(jī)IDGs最主要故障。目前針對飛機(jī)IDGs診斷的方法比 較有限,其中主要的分析方法為對系統(tǒng)的信號進(jìn)行分析,諧波響應(yīng)分析和理論分析。
      [0005] 但上述三種診斷方法都存在很大的不足:
      [0006] (1)對系統(tǒng)的信號分析方法,需要對系統(tǒng)添加額外的探測線圈或傳感器來獲得系 統(tǒng)的特征信號,對采集的信號分析來判斷系統(tǒng)的故障。由于飛機(jī)IDGs通過勵磁線圈發(fā)電, 添加的額外探測線圈或傳感器容易破壞系統(tǒng)的勵磁平衡,對采集的信號產(chǎn)生干擾,使得采 集信號失真,很難正確的對系統(tǒng)故障進(jìn)行分析。
      [0007] (2)諧波響應(yīng)分析方法,是后來提出的診斷方法,由于飛機(jī)IDGs整流器的對稱性, 對于其中一些故障的波形很相似,諧波響應(yīng)分析方法對于相似的故障信號的識別存在一定 的不足,這對于分析飛機(jī)IDGs整流器的故障不是很有效地。
      [0008] (3)理論分析方法,是通過對系統(tǒng)不同狀態(tài)下電路的理論分析,來獲得系統(tǒng)各種狀 態(tài)下的理論波形,由于系統(tǒng)電路的復(fù)雜性和可能出現(xiàn)的多種不同故障,需要分析的對象多 并且繁瑣,要獲得正確的系統(tǒng)信號波形還需要進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)建模計算和代碼程序編程, 工作量大,出錯概率高。
      [0009] 雖然理論分析方法能夠正確的對飛機(jī)IDGs進(jìn)行故障分析,但是它工作量大,出錯 概率高的缺陷也使得理論分析方法的使用受到很大的局限性。因此亟需一種更有效地分析 方法對飛機(jī)IDGs故障進(jìn)行分析。


      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0010] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,能夠正確對飛機(jī)IDGs電路故障進(jìn)行分析,本發(fā)明提出一 種飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的整流器故障仿真方法。
      [0011] 飛機(jī)IDGs的實質(zhì)是一個無刷交流發(fā)電機(jī),該無刷交流發(fā)電機(jī)由兩個同步發(fā)電機(jī) 串聯(lián)組成,其中一臺電樞繞組在轉(zhuǎn)子,勵磁繞組在定子,為勵磁機(jī);另一臺勵磁繞組在轉(zhuǎn)子, 電樞繞組在定子,是主發(fā)電機(jī),這兩臺同步發(fā)電機(jī)分別滿足勵磁電機(jī)和主發(fā)電機(jī)的特性。本 發(fā)明通過建模仿真診斷方法,實現(xiàn)了對飛機(jī)IDGs最主要的故障仿真:整流電路中二極管故 障的仿真。
      [0012] 本發(fā)明的技術(shù)方案為:
      [0013] 所述一種飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的整流器故障仿真方法,其特征在于:包括以下步驟:
      [0014] 步驟1 :建立仿真模型,仿真模型中采用同步發(fā)電機(jī)作為飛機(jī)IDGs的勵磁電機(jī)和 主發(fā)電機(jī),采用三相橋式全控整流電路作為飛機(jī)IDGs整流器;勵磁電機(jī)產(chǎn)生的三相電壓通 過中間三相橋式整流電路得到直流電壓,該直流電壓為主發(fā)電機(jī)提供動力,主發(fā)電機(jī)產(chǎn)生 三相電壓為負(fù)載供電;
      [0015] 步驟2 :在仿真模型中,依次對飛機(jī)IDGs整流器中的每個二極管單獨發(fā)生故障進(jìn) 行仿真,得到飛機(jī)IDGs整流器中各個二極管單獨發(fā)生故障的故障仿真波形;依次對飛機(jī) IDGs整流器中的任意兩個二極管同時發(fā)生故障進(jìn)行仿真,得到飛機(jī)IDGs整流器中任意兩 個二極管同時發(fā)生故障的故障仿真波形;二極管發(fā)生故障的仿真方法是在仿真模型中將該 二極管移除該電路。
      [0016] 有益效果
      [0017] 本發(fā)明針對飛機(jī)IDGs這樣一個復(fù)雜性,非線性和時變性的系統(tǒng),通過所建立的仿 真模型搭建正確的電路來反應(yīng)系統(tǒng)的這些特性,正確的建立了系統(tǒng)的仿真模型,并且對飛 機(jī)IDGs中核心器件都進(jìn)行了相對應(yīng)的仿真,能夠?qū)︼w機(jī)IDGs整流器中二極管的故障進(jìn)行 故障仿真。而且通過對飛機(jī)IDGs進(jìn)行理論推導(dǎo),并對比相應(yīng)結(jié)果,證明該方法的有效性。

      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0018] 圖1是仿真電路模型;圖2是仿真電路正常情況下的波形圖;圖3是仿真電路二極 管DaT故障的波形圖;圖4是仿真電路二極管Dw故障的波形圖;圖5是仿真電路二極管D c^ 故障的波形圖;圖6是仿真電路二極管DaB故障的波形圖;圖7是仿真電路二極管DbB故障 的波形圖;圖8是仿真電路二極管Dcb故障的波形圖;圖9是仿真二極管DaT和DbB故障的波 形圖;圖10是仿真二極管DaT和Dcb故障的波形圖;圖11是仿真二極管DbT和D aT故障的波 形圖;圖12是仿真二極管DbT和Dcb故障的波形圖;圖13是仿真二極管Dc^和D aT故障的波 形圖;圖14是仿真二極管故障的波形圖。其中上述仿真波形圖的縱坐標(biāo)是整流 電路輸出電壓,橫坐標(biāo)為時間。

      【具體實施方式】
      [0019] 下面結(jié)合具體實施例描述本發(fā)明:
      [0020] 本實施例中的飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的整流器故障仿真方法,具體步驟為:
      [0021] 步驟1 :通過MATLAB中的simulink模塊對飛機(jī)IDGs按照圖1的仿真電路進(jìn)行建 模仿真,仿真模型中采用同步發(fā)電機(jī)作為飛機(jī)IDGs的勵磁電機(jī)和主發(fā)電機(jī),采用三相橋式 全控整流電路作為飛機(jī)IDGs整流器;仿真電路左側(cè)同步電機(jī)是勵磁電機(jī)的仿真,勵磁電機(jī) 產(chǎn)生的三相電壓通過中間三相橋式整流電路得到直流電壓,該直流電壓為仿真電路右側(cè)的 主發(fā)電機(jī)提供動力,然后主發(fā)電機(jī)產(chǎn)生三相電壓為負(fù)載供電。
      [0022] 在建模仿真電路過程中,電路中一些器件參數(shù)設(shè)定如下表所示:
      [0023]

      【權(quán)利要求】
      1. 一種飛機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的整流器故障仿真方法,其特征在于:包括以下步驟: 步驟1 :建立仿真模型,仿真模型中采用同步發(fā)電機(jī)作為飛機(jī)IDGs的勵磁電機(jī)和主發(fā) 電機(jī),采用三相橋式全控整流電路作為飛機(jī)IDGs整流器;勵磁電機(jī)產(chǎn)生的三相電壓通過中 間三相橋式整流電路得到直流電壓,該直流電壓為主發(fā)電機(jī)提供動力,主發(fā)電機(jī)產(chǎn)生三相 電壓為負(fù)載供電; 步驟2 :在仿真模型中,依次對飛機(jī)IDGs整流器中的每個二極管單獨發(fā)生故障進(jìn)行仿 真,得到飛機(jī)IDGs整流器中各個二極管單獨發(fā)生故障的故障仿真波形;依次對飛機(jī)IDGs整 流器中的任意兩個二極管同時發(fā)生故障進(jìn)行仿真,得到飛機(jī)IDGs整流器中任意兩個二極 管同時發(fā)生故障的故障仿真波形;二極管發(fā)生故障的仿真方法是在仿真模型中將該二極管 移除該電路。
      【文檔編號】G06F17/50GK104408225SQ201410559295
      【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
      【發(fā)明者】劉貞報, 劉亮, 張超, 布樹輝 申請人:西北工業(yè)大學(xué)
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