本文關(guān)鍵詞：航空多電發(fā)動(dòng)機(jī)DCDC變換器數(shù)字化控制研究

  更多相關(guān)文章： DCDC變換器 人工蜂群算法 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)控制 PID控制 滑�？刂� STM32微處理器 uC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)

【摘要】：隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的進(jìn)步,航空動(dòng)力系統(tǒng)出現(xiàn)了多電化、全電化的概念。在多電發(fā)動(dòng)機(jī)中,主要次級(jí)功率以電的形式進(jìn)行傳遞和控制。多電發(fā)動(dòng)機(jī)能提高燃油利用效率,且具有較好的可靠性和可維護(hù)性。發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜的工作環(huán)境和多變的工作狀態(tài)往往導(dǎo)致發(fā)電電壓不穩(wěn)定甚至出現(xiàn)很大的波動(dòng),需要設(shè)計(jì)安全可靠、高效的DCDC變換器進(jìn)行電壓的轉(zhuǎn)換,為發(fā)動(dòng)機(jī)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(fù)載之間的紐帶,其性能的優(yōu)劣取決于拓?fù)溆布娐芬约翱刂扑惴ǖ脑O(shè)計(jì)。合理的DCDC變換器拓?fù)潆娐芬獫M足一定的電壓紋波以及電流紋波,并且要有良好的檢測(cè)電路來(lái)監(jiān)控電路狀態(tài)并反饋給控制系統(tǒng),方便設(shè)計(jì)變換器控制算法。另外為了實(shí)現(xiàn)DCDC變換器穩(wěn)定的電壓輸出和良好的動(dòng)態(tài)性能,使多電發(fā)動(dòng)機(jī)安全可靠地工作,需要設(shè)計(jì)穩(wěn)定高效的控制算法。本文設(shè)計(jì)了合理有效的多電發(fā)動(dòng)機(jī)DCDC變換器,對(duì)其進(jìn)行工作原理分析,并建立數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)行多種DCDC變換器控制算法的研究,采用嵌入式STM32芯片實(shí)現(xiàn)控制算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),保證多電發(fā)動(dòng)機(jī)DCDC變換器實(shí)現(xiàn)快速可靠的電能轉(zhuǎn)換。論文主要研究工作如下:(1)進(jìn)行了多電發(fā)動(dòng)機(jī)DCDC變換器電路方案研究,設(shè)計(jì)了DCDC變換器硬件電路和控制電路。對(duì)DCDC變換器的工作原理進(jìn)行分析,采用開(kāi)關(guān)周期平均法建立大信號(hào)系統(tǒng)非線性模型,并分離模型中的穩(wěn)態(tài)參量和動(dòng)態(tài)參量,得到DCDC變換器線性化的小信號(hào)模型,便于DCDC控制器的設(shè)計(jì)。(2)進(jìn)行多電發(fā)動(dòng)機(jī)DCDC變換器控制算法的研究。對(duì)DCDC變換器電路進(jìn)行頻域分析,設(shè)計(jì)了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)反饋控制器。針對(duì)DCDC變換器,結(jié)合現(xiàn)代控制理論,設(shè)計(jì)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(jìn),設(shè)計(jì)了一種融合蜂群算法(HABC算法),用于DCDC變換器PID控制器參數(shù)優(yōu)化,并基于HABC算法分別設(shè)計(jì)了離線整定算法和在線自適應(yīng)PID控制算法。仿真結(jié)果表明了所設(shè)計(jì)的控制算法具有良好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性。(3)進(jìn)行了多電發(fā)動(dòng)機(jī)DCDC控制器軟件設(shè)計(jì)。將DCDC變換器的連續(xù)控制算法離散化,結(jié)合STM32嵌入式芯片,利用STM32芯片的通用定時(shí)器、ADC模塊等外設(shè),設(shè)計(jì)了基于STM32的裸機(jī)控制程序。進(jìn)一步的將uC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)移植到STM32處理器,便于控制程序的編寫(xiě)和提高控制的可靠性,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了DCDC變換器的基于uC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)的控制程序設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,論文所設(shè)計(jì)的DCDC控制器具有優(yōu)良的控制性能,能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的穩(wěn)定輸出,具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和抗負(fù)載干擾特性,滿足了DCDC變換器控制的要求。
【關(guān)鍵詞】：DCDC變換器 人工蜂群算法 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)控制 PID控制 滑模控制 STM32微處理器 uC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V233.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 緒論16-22
• 1.1 多電發(fā)動(dòng)機(jī)DCDC變換器研究背景及意義16-18
• 1.2 DCDC變換器數(shù)字化控制研究概述18-20
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 第二章 航空多電發(fā)動(dòng)機(jī)DCDC變換器建模研究22-35
• 2.1 DCDC變換器在航空多電發(fā)動(dòng)機(jī)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(chǔ)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(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型28-34
• 2.3.1 Buck型DCDC變換器的大信號(hào)非線性模型29-31
• 2.3.2 Buck型DCDC變換器的小信號(hào)線性模型31-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第三章 多電發(fā)動(dòng)機(jī)DCDC變換器硬件電路及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)35-48
• 3.1 引言35
• 3.2 DCDC變換器硬件電路設(shè)計(jì)35-43
• 3.2.1 濾波電感和濾波電容設(shè)計(jì)35-36
• 3.2.2 緩沖電路設(shè)計(jì)36-38
• 3.2.3 旁路電容和去耦電容設(shè)計(jì)38-39
• 3.2.4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)39-40
• 3.2.5 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)40-42
• 3.2.6 電路圖繪制42-43
• 3.3 DCDC變換器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)46
• 3.4 本章小結(jié)46-48
• 第四章 多電發(fā)動(dòng)機(jī)DCDC變換器控制算法研究48-74
• 4.1 引言48
• 4.2 DCDC變換器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)控制研究48-54
• 4.2.1 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)控制原理48-49
• 4.2.2 DCDC變換器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)人工蜂群算法(ABC)理論62-63
• 4.4.4 一種改進(jìn)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(shè)計(jì)及仿真67-70
• 4.4.7 基于在線HABC算法的DCDC變換器時(shí)變最優(yōu)PID控制及仿真70-72
• 4.5 本章小結(jié)72-74
• 第五章 多電發(fā)動(dòng)機(jī)DCDC控制器軟件設(shè)計(jì)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(jī)控制程序設(shè)計(jì)75-78
• 5.3.1 Keil μVision開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹75-76
• 5.3.2 控制程序設(shè)計(jì)76-78
• 5.4 uC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)的原理78-83
• 5.4.1 uC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介78-79
• 5.4.2 uC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)79-81
• 5.4.3 uC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)的任務(wù)管理81-83
• 5.5 uC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)在STM32上的移植83-89
• 5.5.1 Cortex-M3內(nèi)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?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)89-92
• 5.6.1 控制程序結(jié)構(gòu)89-90
• 5.6.2 控制任務(wù)設(shè)計(jì)90-92
• 5.7 多電發(fā)動(dòng)機(jī)DCDC控制器實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析92-98
• 5.7.1 DCDC變換器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)92-94
• 5.7.2 階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)94-95
• 5.7.3 負(fù)載突變實(shí)驗(yàn)95-96
• 5.7.4 供電電壓突變實(shí)驗(yàn)96-98
• 5.8 本章小結(jié)98-99
• 第六章 總結(jié)與展望99-101
• 6.1 工作總結(jié)99-100
• 6.2 展望100-101
• 參考文獻(xiàn)101-105
• 致謝105-106
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文106

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1028776