飛機(jī)電源系統(tǒng)保護(hù)控制的仿真研究
劉慧英1，姚遠(yuǎn)1，張國(guó)春2
（1西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，陜西西安710129;2成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，四川成都610092）
摘 要：針對(duì)某型飛機(jī)電源系統(tǒng)保護(hù)控制的仿真需求，在飛機(jī)主電源和二次電源的saber模型基礎(chǔ)上，提出了器件庫(kù)模型、模型構(gòu)建工具model aichitect中的模型以及mast語(yǔ)言編程模型相結(jié)合的方法，詳細(xì)論述了saher仿真器中過(guò)壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)控制模型的建模過(guò)程，從工程應(yīng)用的角度建立了相應(yīng)的混合信號(hào)仿真模型，并對(duì)控制模型的功能進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該方法能準(zhǔn)確、可靠地實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)模型的保護(hù)控制功能，為今后運(yùn)用saber仿真器建立控制模型提供了有益參考。
關(guān)鍵詞：saber；過(guò)壓保護(hù)；過(guò)流保護(hù)
中圖分類號(hào)：tp 391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a
1引 言
飛機(jī)供電系統(tǒng)包括電源系統(tǒng)和配電系統(tǒng)兩部分。其中，電源系統(tǒng)由主電源、二次電源、應(yīng)急電源和輔助電源組成。通過(guò)整流和逆變等變流方式為機(jī)上設(shè)備提供穩(wěn)定的直流和交流電源。電源系統(tǒng)中通常設(shè)置發(fā)電機(jī)反流保護(hù)、過(guò)電壓與過(guò)勵(lì)磁保護(hù)和過(guò)載保護(hù)等保護(hù)措施。保護(hù)裝置的工作狀態(tài)分析對(duì)電源系統(tǒng)穩(wěn)定性研究具有重要參考價(jià)值。
過(guò)壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)是兩種基本的保護(hù)措施，在實(shí)際應(yīng)用中可由保護(hù)電路和熱保護(hù)器等實(shí)現(xiàn)，在仿真研究中則因仿真目的不同而建立多種形式的模型。目前相關(guān)的仿真研究主要是從電路原理和控制埋論的角度來(lái)進(jìn)行，而在大系統(tǒng)中、針對(duì)工程應(yīng)用的仿真比較少，因此值得在這方面進(jìn)行探討。
現(xiàn)有的仿真軟件中，saber可通過(guò)豐富的器件模型庫(kù)、模型構(gòu)建工具model architect以及硬件描述語(yǔ)言mast提供完整的建模功能，目前已廣泛應(yīng)用于電源設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。saber可以兼容模擬、數(shù)字、控制量的混合仿真91，因此非常適合保護(hù)控制的建模。本文針對(duì)工程應(yīng)用的仿真需求，在電源的saber模型基礎(chǔ)上論述了保護(hù)控制的建模方法。
2 電源系統(tǒng)的過(guò)壓保護(hù)
發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電路或調(diào)壓器故障使電源電壓超過(guò)規(guī)定的穩(wěn)態(tài)電壓極限值，稱為過(guò)壓。過(guò)壓會(huì)燒壞用電設(shè)備甚至發(fā)電機(jī)。因此發(fā)電機(jī)的控制電路中設(shè)置過(guò)壓保護(hù)電路，在出現(xiàn)過(guò)壓時(shí)使發(fā)電機(jī)脫離電網(wǎng)。
以過(guò)電壓保護(hù)器bjd-1a為例，它由電壓檢測(cè)電路、阻容反延時(shí)電路、門限開關(guān)電路以及控制繼電器、中介繼電器和滅磁繼電器等構(gòu)成。電壓檢測(cè)電路檢測(cè)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組兩端電壓。發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，檢測(cè)電路的輸出電壓不足以驅(qū)動(dòng)后級(jí)電路。發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)勵(lì)磁時(shí)，檢測(cè)電路輸出電壓大于門限電路的門限電壓，經(jīng)阻容反延時(shí)電路延時(shí)，滅磁繼電器動(dòng)作并自鎖，并將發(fā)電機(jī)切除并滅磁。
某型飛機(jī)電源系統(tǒng)的過(guò)壓保護(hù)裝置通過(guò)檢測(cè)電源輸出電壓，對(duì)主電源進(jìn)行切換控制。其中，主電源由發(fā)動(dòng)機(jī)電源和蓄電池組電源并聯(lián)組成。
主電源仿真模型 發(fā)動(dòng)機(jī)電源模型模擬發(fā)電機(jī)工作原理，其輸出電壓為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁的函數(shù)。采用saber器件庫(kù)中控制器件和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換接口模型即可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)電源的建模。蓄電池組由4個(gè)蓄電池并聯(lián)組成。對(duì)于單個(gè)的蓄電池模型，根據(jù)實(shí)驗(yàn)提供的蓄電池充、放電電壓曲線，在saber中采用model architect中的tlu方法建立其模型，如圖1所示。
該模型有2個(gè)輸入變量，其中，變量zl用于蓄電池充、放電曲線的切換控制，變量z!為時(shí)間，輸出變量y為蓄電池充、放電電壓。則蓄電池的封裝模型有2個(gè)控制輸入端，一個(gè)輸出端。當(dāng)x1=l時(shí)，蓄電池處于充電狀態(tài)，蓄電池模型隨著時(shí)間扎的增加輸出充電電壓曲線：當(dāng)x2=2時(shí)，蓄電池模型相應(yīng)地輸出放電電壓曲線。為了加速仿真的驗(yàn)證過(guò)程，對(duì)蓄電池的充放電曲線的時(shí)間坐標(biāo)進(jìn)行等比例壓縮。
在實(shí)際應(yīng)用中，將蓄電池模型中的變量x1和x2均定義為control類型，將變量y定義為voltage類型。由于saber中不允許電壓源直接并聯(lián)，因此在蓄電池的輸出端串接小電阻，以使該模型符合saher仿真的要求。
2)過(guò)壓保護(hù)模型saber中建立的過(guò)壓保護(hù)模型，必須根據(jù)已建立的主電源模型特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)控制功能。某型飛機(jī)電源過(guò)壓保護(hù)的控制邏輯，見表1。 |
