本發(fā)明涉及配電優(yōu)化領(lǐng)域，尤其涉及一種多電飛機(jī)配電系統(tǒng)的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、在新的能源架構(gòu)下，飛行器朝著多電化方向發(fā)展，使其配電系統(tǒng)中的電力負(fù)荷設(shè)備數(shù)量隨之攀升。此外，為了減少配電系統(tǒng)中的線路損耗，需要提高配電系統(tǒng)中的母線電壓，這使得采用斷路器和繼電器的傳統(tǒng)機(jī)電式配電系統(tǒng)由于電路過流、短路故障響應(yīng)慢等因素，不能滿足故障隔離和負(fù)荷投切的要求。

2、為解決上述問題，基于mosfet、igbt等的固態(tài)功率控制器(solid?state?powercontroller,sspc）也隨之出現(xiàn)。由于sspc兼具繼電器的轉(zhuǎn)換功能以及斷路器的保護(hù)功能，并且具有可靠性高、體積小、損耗低、無電弧等優(yōu)點(diǎn)，使得sspc逐步取代機(jī)電繼電器和機(jī)械斷路器。

3、而隨著直流sspc功率等級(jí)的增加，后端負(fù)載也在相應(yīng)的增加，從而對(duì)sspc的安全運(yùn)行造成了挑戰(zhàn)，故使得sspc在負(fù)載短路時(shí)的限流保護(hù)方法和控制策略成為近年來的研究熱點(diǎn)。

4、例如：楊冬平，王莉，江登宇在《降柵壓技術(shù)在mosfet驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用》中公開了將與mosfet串聯(lián)二極管來檢測(cè)短路故障，通過降低mosfet柵源極電壓來增大其電阻，達(dá)到可控效果，但其沒有考慮開斷容性負(fù)載的問題。

5、梁曉鋒，武逸然，儀德英在《一種基于固態(tài)功率控制器的過流保護(hù)方法研究》中公開了將固態(tài)功率控制器與熔斷器配合實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)，但是這種方法由于增加了器件，故導(dǎo)致成本增加且智能化成都較低。

6、鄭志洪，張開新，葉雪榮在《基于fpga的直流固態(tài)功率控制器的設(shè)計(jì)》中，以及葉雪榮，張開新，孫祺森，等在《基于fpga的固態(tài)功率控制器反時(shí)限過流保護(hù)技術(shù)》中指出了通過i2t曲線實(shí)現(xiàn)反時(shí)限限流保護(hù)，但是這種方法隔離故障的能力較弱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種多電飛機(jī)配電系統(tǒng)的優(yōu)化方法，通過在sspc電路中加入了buck電路和pwm電路，提高了sspc對(duì)短路電流的抑制能力的同時(shí)，也提到了短路故障隔離的作用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種多電飛機(jī)配電系統(tǒng)的優(yōu)化方法，其包括以下步驟：

3、s1、基于多電飛機(jī)的直流配電系統(tǒng)，建立sspc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

4、s2、優(yōu)化電路：在步驟s1建立的sspc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中嵌入buck電路和pwm電路；

5、s3、基于步驟s2優(yōu)化電路，針對(duì)多個(gè)運(yùn)行工況定制多模態(tài)控制策略；

6、s4、仿真驗(yàn)證：對(duì)步驟s2優(yōu)化電路以及步驟s3定制的多模態(tài)控制策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證，若通過則執(zhí)行步驟s5，否則返回步驟s3；

7、s5、利用通過仿真驗(yàn)證后的優(yōu)化電路以及多模態(tài)控制策略優(yōu)化多電飛機(jī)配電系統(tǒng)。

8、優(yōu)選的，步驟s1所述的sspc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括依次連接的同步發(fā)電機(jī)、無源濾波器、tru變壓整流器、12脈波二極管整流器和低通濾波器，其中無源濾波器與tru變壓整流器之間還連接有pid控制器的輸入端，pid控制器的反饋端經(jīng)勵(lì)磁機(jī)與同步發(fā)電機(jī)連接，其中，tru變壓整流器由星形初級(jí)繞組和三角形次級(jí)變壓器繞組組成；

9、實(shí)現(xiàn)了利用同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電，交流電經(jīng)無源濾波器濾除諧波后，借助tru變壓整流器和12脈波二極管整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)低通濾波器濾除高頻噪聲后輸出，在此過程中，利用pid控制器對(duì)輸出電壓進(jìn)行pid控制。

10、優(yōu)選的，步驟s1所述的pid控制為基于粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)pid控制策略，其中bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層神經(jīng)元、中間層神經(jīng)元和輸出層神經(jīng)元，輸入層神經(jīng)元為系統(tǒng)實(shí)際輸出值、期望輸出值、系統(tǒng)偏差和控制量，輸出層神經(jīng)元為pid控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間；

11、其中粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建步驟如下：

12、第一步、初始化：

13、粒子群初始化：隨機(jī)生成粒子群，每個(gè)粒子代表一個(gè)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值的可能解；

14、速度初始化：為每個(gè)粒子分配初始速度；

15、第二步、計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)：將bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出值與期望輸出值之間的差值視為適應(yīng)度函數(shù)，使用采集的多電飛機(jī)配電數(shù)據(jù)計(jì)算每個(gè)粒子的適應(yīng)度值，以確定個(gè)體適應(yīng)度和群體適應(yīng)度；

16、第三步、更新個(gè)體最優(yōu)：比較當(dāng)前粒子的適應(yīng)度與其歷史最優(yōu)解，若當(dāng)前適應(yīng)度更好，則更新個(gè)體最優(yōu)解；

17、第四步、更新全局最優(yōu)：在所有粒子中搜索適應(yīng)度值最低的解，并將適應(yīng)度值最低的解作為全局最優(yōu)解，更新全局最優(yōu)解；

18、第五步、速度與位置更新：根據(jù)粒子的個(gè)體最優(yōu)解、全局最優(yōu)解以及當(dāng)前速度，利用粒子群優(yōu)化的速度更新公式調(diào)整每個(gè)粒子的速度；

19、并利用更新后的速度值調(diào)整粒子的位置，從而更新bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值；

20、第六步、重復(fù)第三步至第五步，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)或滿足收斂條件；

21、第七步、結(jié)果輸出：輸出全局最優(yōu)解對(duì)應(yīng)的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，獲得粒子群優(yōu)化的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

22、優(yōu)選的，步驟s2所述的優(yōu)化電路包括buck電路和pwm電路，其中buck電路包括分別與電源的正負(fù)極連接并組成回路的mosfet和續(xù)流二極管，電源的兩端還分別并聯(lián)有輸出電容和模擬負(fù)載電阻，且輸出電容與電感的一端連接，電感的另一端接于mosfet的發(fā)射極和續(xù)流二極管之間；

23、pwm電路包括依次與mosfet的柵極串聯(lián)的驅(qū)動(dòng)電路和pwm產(chǎn)生器，實(shí)現(xiàn)基于pwm產(chǎn)生器產(chǎn)生的三角波和隨機(jī)生成的斜坡電壓基準(zhǔn)的對(duì)比結(jié)果，產(chǎn)生pwm波形。

24、優(yōu)選的，在步驟s2中，正常時(shí)的等效電路設(shè)計(jì)如下：首先利用pwm電路產(chǎn)生的pwm波形占空比由0至100%過程中，對(duì)輸出電容進(jìn)行充電，在充電過程中mosfet始終工作在開關(guān)狀態(tài)，完成輸出電容充電后，mosfet處于100%導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)檢測(cè)到后級(jí)電路短路時(shí)，進(jìn)入閉環(huán)反饋模式，利用pwm電路對(duì)mosfet進(jìn)行pwm控制，并先進(jìn)行限流后關(guān)斷，且使得限流過程中mosfet處于開關(guān)狀態(tài)；

25、容性負(fù)載開通時(shí)的等效電路設(shè)計(jì)如下：當(dāng)電路開通時(shí)，在對(duì)容性負(fù)載進(jìn)行充電過程中，基于斜坡電壓基準(zhǔn)的上升時(shí)間設(shè)定開通過程中輸出電容的充電時(shí)間，并計(jì)算輸出電容的充電電流：

26、（1）；

27、式中，表示輸出電容的電容值；表示輸入電壓；

28、將設(shè)定的輸出電容的充電電流輸入公式（1），計(jì)算斜坡電壓基準(zhǔn)的上升時(shí)間；

29、同時(shí)，將輸出電容充電期間的buck電路工作模式設(shè)定為連續(xù)模式，此時(shí)根據(jù)buck電路連續(xù)模式工作時(shí)電感值的計(jì)算公式得到：

30、（2）；

31、式中，表示輸出電壓；表示mosfet開通時(shí)間；表示電感上的脈動(dòng)電流；

32、將輸出電壓，，以及代入公式（2）得到：

33、（3）；

34、式中，表示占空比；表示開關(guān)周期；表示開關(guān)頻率；表示輸出電流；

35、考慮電感在占空比由0變?yōu)?的過程中的連續(xù)模式，得到電感的電感值取值如下：

36、（4）；

37、短路時(shí)的等效電路設(shè)計(jì)如下：首先進(jìn)入閉環(huán)反饋控制模式，此時(shí)以輸出電流作為反饋控制量，控制占空比的變化，使得sspc進(jìn)入限流模式，將sspc等效為buck電路，此時(shí)輸出平均電流環(huán)對(duì)占空比的傳遞函數(shù)為功率變換級(jí)傳遞函數(shù)與電感和輸出電容組成的濾波器傳遞函數(shù)之積，其計(jì)算公式如下：

38、（5）；

39、式中，表示開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓；表示濾波電路中串聯(lián)電容；表示濾波電路中串聯(lián)電感；表示復(fù)變量；表示模擬負(fù)載電阻的阻值；

40、計(jì)算pwm產(chǎn)生器的傳遞函數(shù)：

41、（6）；

42、式中，表示pwm產(chǎn)生器輸入端鋸齒波的峰值；

43、此時(shí)，進(jìn)入閉環(huán)反饋控制模式的sspc的傳遞函數(shù)為：

44、（7）；

45、其中sspc的傳遞函數(shù)包括以下零點(diǎn)、極點(diǎn)以及極點(diǎn)：

46、（8）；

47、（9）；

48、計(jì)算誤差放大器的傳遞函數(shù)：

49、（10）；

50、式中，、分別表示補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)在低頻段提供的兩個(gè)零點(diǎn)；表示電阻；表示補(bǔ)償電容。

51、優(yōu)選的，步驟s3所述的多個(gè)運(yùn)行工況包括開啟狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)、pcl狀態(tài)、acl狀態(tài)、cc狀態(tài)和oc狀態(tài)；

52、其中，開啟狀態(tài)下，控制策略如下：當(dāng)sspc接收到開啟命令后，保持開啟狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)總線控制sspc的mosfet導(dǎo)通，使得電流可以流經(jīng)負(fù)載，并利用主控單元對(duì)負(fù)載電流、vds電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和監(jiān)控，且使得負(fù)載電流不超過額定電流的最大倍數(shù)，此時(shí)當(dāng)輸出回路中出現(xiàn)過流時(shí)，觸發(fā)pwm電路以固定占空比工作，進(jìn)入pcl狀態(tài)，將電流限制在設(shè)定值；

53、關(guān)閉狀態(tài)下，控制策略如下：在關(guān)閉狀態(tài)下，sspc的mosfet呈現(xiàn)高阻態(tài)；

54、pcl狀態(tài)下，控制策略如下：當(dāng)pwm電路因快速響應(yīng)過流而啟動(dòng)時(shí)，將電流限制在安全水平；

55、acl狀態(tài)下，控制策略如下：主控單元基于處理器的響應(yīng)時(shí)間和pwm電路的延遲控制電流，確保mosfet處于安全工作區(qū)；

56、cc狀態(tài)下，控制策略如下：主控單元生成設(shè)定的pwm信號(hào)，使buck電路工作在慢充模式，以控制電流逐漸增加；

57、oc狀態(tài)下，控制策略如下：當(dāng)發(fā)生過流時(shí)，主控單元執(zhí)行反時(shí)限過流保護(hù)。

58、本發(fā)明具有以下有益效果：

59、通過在sspc電路中加入了buck電路和pwm電路，提高了sspc對(duì)短路電流的抑制能力的同時(shí)，也提到了短路故障隔離的作用。

60、下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。