交通运输-1114190601-卞文峰-基于Matlab的飞机高压直流电源系统仿真

1、毕业设计（论文）题 目基于基于 MATLAB 的飞机高压的飞机高压直流电源系统仿真直流电源系统仿真系 （院）飞行学院飞行学院专 业交通运输交通运输班 级2011 级级 2 班班学生姓名卞文峰卞文峰学 号1114190601指导教师术守喜术守喜职 称讲师讲师二一五年六月十九日独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。

2、 作者签名： 20 年 月 日 毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名： 20 年 月 日滨州学院本科毕业设计（论文）基于基于 MATLAB 的飞机高压直流电源系统仿真的飞机高压直流电源系统仿真摘摘 要要本文总结了国内外电力系统和飞机电源系统的研究及

3、发展，利用MATLAB对飞机高压直流电源系统仿真进行研究，对系统的建模和仿真方法进行了详细的介绍及分析。首先，本文以同步发电机为切入点，因为同步发电机是飞机电源系统仿真的核心所在。在对同步发电机进行介绍之后又介绍了MATLAB仿真语言，其中对MATLAB里面的运行环境SIMULINK有了重点介绍。其次，分析了系统仿真的分类、飞机电气系统的构成以及模型的建立。最后，在SIMULINK中仿真运行了飞机电源系统的研究模块。经过系统在SIMULINK中的运行结果，证实该仿真能够真实的反映飞机电源系统的性能、模型的选取和设定是准确的。同时，本文的仿真办法具有较高的实用价值，有助于对飞机电源系统的性能分析

4、，为飞机电源系统的仿真提供了一个新的思路。关键词：飞机电源系统；高压直流；仿真；MATLAB；SIMULINK滨州学院本科毕业设计（论文）ISimulation of High Voltage DC Power Supply SystemBased on MATLABAbstractThis paper summarizes the research and development of power system and aircraft power system at home and abroad, researching on the simulation of high voltage

5、 DC power supply system for aircraft by MATLAB, and introduce as well as analyzes the modeling and simulation of the system.Firstly, this paper takes the generator as the starting point, because the generator is the core of the aircraft power system simulation. After introducing the synchronous gene

6、rator, the MATLAB simulation language is introduced, focusing on the introduction of the operating environment of MATLAB, SIMULINK. Secondly, the classification of system simulation, the constitution of electrical system and the establishment of the model is analyzed.Finally, the research module of

7、the aircraft power supply system is simulated in SIMULINK.After the operation results of the system in SIMULINK,it proved that the simulation can truly reflect the performance of the aircraft power system, the selection and setting of the model are accurate.At the same time,the simulation method of

8、this paper is of high practical value, Be helpful for the analysis of aircraft power supply system and provides a new way for the simulation of the aircraft power supply system.Keywords:Aircraft power system, High voltage DC, Simulation, SIMULINK, MATLAB滨州学院本科毕业设计（论文）II目目 录录摘 要.IAbstract.II目 录.III第一

9、章 绪 论.11.1 引言 .11.2 研究背景 .11.3 研究目的和意义 .2第二章 同步电机及 MATLAB 简介.32.1 同步电机 .32.2 MATLAB 软件简介 .4第三章 电气系统仿真及模型建立.83.1 系统仿真分类 .83.2 数字仿真技术 .83.3 飞机电气系统简介.83.4 模型建立 .9第四章 发电机系统建模及仿真分析.144.1 同步发电机模型 .144.2 高压直流发电机系统模型 .174.3 仿真结果及分析 .18第五章 结 论.20参考文献.21谢 辞.22滨州学院本科毕业设计（论文）0第一章第一章 绪绪 论论1.1 引言引言飞机电源系统是组成飞机电气系统

10、的重要组成部分之一，飞机电气系统主要包括了飞机电源系统和飞机配电系统。伴随着现代科学技术的不断进步，现阶段飞机中主要的飞机电气系统，主要是向飞机上需要用电的设备（飞机电子系统、飞机火源控制系统和飞机电力控制系统等等）提供电能，使飞机在日常的起飞、降落和作战任务中正常运行。科学技术越来越发达，航空事业也发展的越来越快速，飞机上对于电气系统的控制和操作也越来越难以实现和复杂，组成也越来越多样，电气系统的许多非正常运行情况都会导致个别系统的失效以及飞机的飞行失常。针对以上现象的发生，可以看出人们对飞机电气系统的要求也越来越严格，而发展一个稳定的电气系统，也是保证飞机的各系统正常运行和正常飞行的重要前

11、提条件。1.2 研究背景研究背景飞机电源系统的发展前后经历了不同的历程，主要包括有低压直流电源、交流电源、高压直流电源的发展。其中交流电源系统就经历过三个过程，包括恒速恒频电源系统、变速恒频电源系统和变速变频交流电源系统。早在第二次世界大战的时候，低压直流电源就渐渐的走向成熟，低压直流电源也是世界上最早采用的飞机电源。但是，低压直流电源中直流发电机的电刷和换向器却大大的限制了飞机的最大容量，与此同时，其二次电源过重，使得它的供电效率比较低下。然后，美国研发了恒速传动装置，恒速传动装置开辟了恒速恒频交流电源这个十分重要的时代。恒速恒频交流电源的优点有可以承受很高的负载，它在工作时对温度的要求也并

12、没有那么的严格。其主要缺点是：恒速传动装置在生产的过程中以及它的使用、维修和维护的过程中，实现的过程很困难，在进行电能的转换时，效率低下，不能满足一些飞机的要求，并且电能质量已经到了一个相对饱和的程度。现代电力技术的不断进步，使得变速恒频电源慢慢的开发并投入使用中。它的优点是能没有电刷也能够起动、电源发电的形式比较灵活。缺点只能在比较低的温度下进行工作，一旦发生短路或者是负载超负荷将会停止工作。通过先将飞机发动机传动到一台无刷的交流发电机上，再利用电子转换器将电压调到 270V，得到了直流电与恒频交流电，这滨州学院本科毕业设计（论文）1就是高压直流电源的工作原理。高压直流电源具有许多的良好特性

13、譬如电网的重量很轻，很容易就能够实现不间断供电，这些良好特征使得高压直流电源具备了良好的应用前景。1.3 研究目的和意义研究目的和意义本文在研究飞机供电系统的过程中，主要是使用了计算机仿真的方法来完成研究，这样做在带来重大的社会效益和经济效益的同时，也降低了系统开发研制的成本，使得调试过程和系统实验过程的安全性得以相应的提高。对于飞机电源系统的数字电子仿真方法研究在近些年来已经收到越来越多业内人士的关注。本文利用MATLAB 软件中 SIMULINK 这个运行环境，结合 PSB 这个工具箱，针对飞机高压直流电源系统进行计算机仿真，通过仿真的一系列结果可以得出，理论分析的结果与仿真结果基本一致，

14、说明本文的研究方法是切实可行的。滨州学院本科毕业设计（论文）2第二章第二章 同步电机及同步电机及 MATLAB 简介简介2.1 同步电机同步电机2.1.1 同步电机的概念同步电机的概念同步电机的特点是它的转子旋转速度是一个特定的值，这个转速被称为同步转速，也就是说转速 n 与频率 f 之间的关系为： (1)min/601rpfnn同步发电机已经能够供给现代工业和农业生产过程中所需要使用的全部交流电。虽然已经开始研究其他的发电方式，但是目前电力系统中实际在运行的发电机几乎都不系三相同步发电机。同步电机主要作为发电机运行，由同步发电机发出的电能几乎构成了世界绝大多数的电能。火车站的汽轮发电机，水电

15、站的水轮发电机，以及核电站的汽轮发电机，甚至一些风电场的风力发电机都是同步发电机。2.1.2 同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理同步电机的定子和异步电机相同，齿和槽存在于定子铁心上，三相绕组设置在槽内。磁极是通过在转子上装励磁绕组形成的，对励磁绕组通入直流电流后，转子磁场就会在电机内部产生。如果用原动机带动转子旋转，则磁场与定子绕组间就会有相对运动，就会在绕组中产生三相交流电动势，这时同步电机就成为一台发电机。每一个导体所产生的速度电动势 e 的表达式为 e=Blv。当电机的转速 n 为常数时，由于任何一台电机的 l 都是一个常数，所以式中 e 正比于 B。由于磁场和导体间的想对运动

16、，不同瞬间，导体会处于磁场中不同位置，因此导体的感应电动势 e随时间而变化的波形就和气隙磁通密度 B 在气隙中沿圆周分部的空间波形 B（x）相似，当按正弦规律分布主磁场的气隙磁通密度时，导体感应电动势也将会随时间变化，即： (2)tBxBmsin)(滨州学院本科毕业设计（论文）3 (3)ttlvBlvxBemsin2sin)(三相定子绕组是对称的，因此三相电动势是大小相等，设 E 为相电动势幅值，B 相初相角为 0，得到下列公式： (4)sin( tEeA (5)120sin(tEeB (6)240sin(tEeC当一对磁极经过导体时，导体的感应电动势 e（t）就会相应的改变，如果转子的极对数

17、为 s，那么如果转子旋转一周，导体中感应出来的电动势就变化了 s 个周期。转子每分钟转多少次，就是这个转子的转速，则本文中的感应电动势的频率是： (7)60snf 由此可见，当转速 n 与极对数 s 一定时，发电机发出的直流电的频率也就相对的固定下来了。反之，如果同步发电机的原动机有相应的转速，那么极对数和频率要求一定，也就是同步转速。将同步发电机定子绕组与三相交流电源进行连接，此时频率为 f 的电流流过绕组，在电机的摸个间隙中产生旋转磁场。在一定条件下，转子磁极将会与旋转磁场一起旋转，此时它们有相同的转向和转速，那么此刻同步电机将作为电动机运行，同步转速就是转子转速： (8)pfnn601综

18、上所述，同步电机它的转子转速总是由电机极对数和电枢电流频率所共同决定的同步转速，“同步”机因而得名。2.2 MATLAB 软件简介软件简介2.2.1 MATLAB 介绍介绍利用计算机进行仿真试验是一种可行的研究方法，在此过程中，必须将系统的滨州学院本科毕业设计（论文）4数学模型进行变换，变换为适合在计算机上进行数字仿真的形式，也就是变换成程序化式的数学模型，即建立仿真模型。仿真模型的建立最关键地方就在于仿真工具的选取，如果选取了合适的工具，那么利用计算机进行仿真就会变得很简单，与此同时还会提供简单明白的求解方法。现在，想要通过仿真软件进行电子电路的仿真，能够选取的软件有多种多样。一般大致上可以

19、分成两类。一类是基于电路的仿真语言，譬如 SABER、PSPICE。电路里面的数据，比如说电感、电容和电阻都是可以用其他等效办法来进行设定的，其他信息还可以用支路节点矩阵或着是图形来进行表示，如果有需要，还可以等效成相应的电路。另一类软件如 MATLAB，ACSL 等是基于微分方程的仿真语言。对于研究电源系统工作人员来说，MATLAB 是最为常见的仿真软件，它有着自己独有的特点和适用范围。本文重点介绍 MATLAB 这款软件。MATLAB 有着非常先进的计算能力，并且还具有发散式的研究思想，这些特点使它变成现在最受欢迎的仿真软件之一，在分析数据，开发程序，建立模型等多方面都有着鲜明的优势。MA

20、TLAB 具有独有的集成环境，它的集成环境集程序和图形为一体。在MATLAB 的运行环境下，对于要进行解答的式子，用户不用再从复杂的原始程序开始入手，再用编写出相对简单的数字公式即可，有着很高的好、工作效率。由于MATLAB 的交互应用于它的编程语言存在关系，所以在交互应用的时候，输入的源代码可以轻松的变成能够应用的程序，所以 MATLAB 是一种演算式的仿真语言。MATLAB 的工具箱能够用于各式各样的问题的解答。MATLAB 中的 M 文件其实就是经过扩展的一些 MATLAB 函数语言，在应对多种学科问题时，如处理信号、处理图形、识别系统类型等方面都能很好的给与解决。MATLAB 在不断的

21、变化，越来越能满足多方面的需求，其拥有的工具箱种类和功用也是越来越多，使用的范围也在逐步扩大。现在版本的 MATLAB 具有识别系统类型、分析数据波形、理论的优化、控制非线性模型、处理系统信号、处理图形、神经网络分析等等 50 多个方面的处理。MATLAB 语言具有以下几个特点：1.MATLAB 数据的几本类型都是不需要进行定义的，方便理解与应用，精度滨州学院本科毕业设计（论文）5都比较高。2.对于简单的计算，MATLAB 可以运用命令行计算，而对于相对复杂的应用计算时，就要用到编程方面的运行计算。3.MATLAB 里面的参数并不是一成不变的，都是可以人为的进行修改与调节，在调用这些参数时，调

22、用的数量不同，那么能够实现的功能也就不尽相同。4.MATLAB 在使用过程中，非常容易理解，对于没有进行专业培养的用户来说也比较好上手，以其简单容易理解的编程、高效的计算水平，深受大众的喜爱。5.MATLAB 有着一个单独的系统叫做帮助系统，如果有什么地方不清楚如何操作，利用帮助系统里面的入门指南就可以了解到相应的操作流程，并且获得帮助使用的途径多种多样。6.MATLAB 采用发散性结构设计，MATLAB 工具箱有基本工具箱和其它可选工具箱两种类型，所有 MATLAB 的基本文件都是可以进行读取和更改的。用户可以根据自己的需求进行修改，以达到自己的研究目的。MATLAB 在电路分析中的应用：1

23、.计算矩阵 矩阵是 MATLAB 的一个运算对象，MATLAB 的很多运行操作都是运用矩阵来完成的。2.分析电路 MATLAB 在矩阵中进行运行，而矩阵的运行时定义在负数域之上的，这就为分析电路提供了便利。3.求解微分方程 MATLAB 有求解微分方程初始值的相关解法4.瞬态电路分析 利用相关的函数，再在求解微分方程的基础上，可以进行瞬态电路分析。此外，还可以利用 MATLAB 符号或 SIMULINK 仿真来求解。5.电路分析 其中有着强大的 MATLAB 的图形功能，运用这些图形可以绘制各种响应曲线。2.2.2 SIMULINK 简介简介SIMULINK 是 MATLAB 下的一个软件包，

24、也是本文用于进行仿真的MATLAB 运行环境，是一个将框图与仿真能力相结合的设计和仿真工具。MATLAB 中的中心数学和语言基础，使得用户可以轻松的进行算法研究，验证仿真等多个过程。并且这中间没有重写代码的要求。滨州学院本科毕业设计（论文）6SIMULINK 是一个动态的建模仿真工具，能够用来仿真多种系统。由于SIMULINK 是 MATLAB 的一部分，所以它的运行必须以必须以 MATLAB 为基础，并且只能在 MATLAB 中运行。而对 SIMULINK 模型的的相关处理过程中，既可以在 SIMULINK 中进行，也利用 MATLAB 的窗口通过编制各种程序来完成。在 SIMULINK 环

25、境下对模型的处理过程中，用户既可以直接在 SIMULINK 中完成操作，也可以通过命令窗口，利用 MATLAB 中的各种工具箱及其所带的数据、函数、图形来完成。对于 SIMULINK 所提供的基本模块，用户不用知道内部是怎么运行来实现相应的功能，只要对输入和输出模型进行对应的操作就行。SIMULINK 支持用户图形的界面操作，用户使用过程中只需要通过鼠标拖动各模块，将其直接移动到想要的位置即可。对于许多初学者，学习 MATLAB 是很简单的事情，当需要对系统的模型进行修改、改良时，对输入的数据和程序直接更改就行，就能得到想要的结果。大大节约了研究所花费的时间。SIMULINK 仿真模型的结构如

26、下所示。信源系统信宿图 2.1 SIMULINK 仿真模型的一般结构滨州学院本科毕业设计（论文）7第三章第三章 电气系统仿真及模型建立电气系统仿真及模型建立3.1 系统仿真分类系统仿真分类现在仿真界依据系统仿真采用的模型进行划分，可将系统仿真分为以下三类：实际仿真、数字仿真和半物理仿真。实际仿真（又称真实仿真）：它是利用相似性能的一种仿真，以相似性作为研究基础，进行真实的仿真。数字仿真：它是通过建立数学模型，在此基础上，用数学模型来替换现实的或者理论中的系统进行实验。再用量化的办法模拟系统将会发生的变化，构建系统的变化过程。半物理仿真：它是把数字模型、实际模型结合在一起一种仿真类型。由上可见，

27、由于该系统需要建立详细的数学模型，并且用数学模型来替换现实的或者理论中的系统进行实验，属于典型的数字仿真。后续内容将会讲述仿真技术的步骤以及建立模型的办法。3.2 数字仿真技术数字仿真技术数字仿真就是将一个可以进行计算和分析的模型创建到系统中去，再把它应用到计算机上，进行仿真的过程。很明显它是一种精度高、速度快速、功能适应性很强、实用便捷的仿真技术。进行数字仿真时一般有着下述的步骤：（1）描述问题，建立数学模型;（2）建立计算机仿真模型;（3）根据上述模型，创建结构图，并编制仿真程序；（4）验证、认可模型；（5）运行仿真模型。3.3 飞机电气系统简介飞机电气系统简介供电系统和用电设备是构成飞机

28、电器系统的主要部分。供电系统是飞机上的一个至关重要的构成部分，它向飞机上提供飞机所需要的电能，没有供电系统，那么飞机就根本不会有电能的产生，更不用提飞机上其他的设备的运行与否了。滨州学院本科毕业设计（论文）8将飞机供电系统进行分类，可以分成两类：一类叫做电源系统，也叫电能的产生系统；另外一类叫做输配电系统，飞机上电能的传输，电能的流动以及电能的转换等过程都属于这个系统的内容。1.飞机供电系统飞机上需要用到大量的电能，并且这中间还要实现电能的转换、配送等步骤，而飞机的供电系统就是这一系列过程的一个概述。它包括了电源输出电能，通过导线将电能输送到用电设备中去，通常分成两部分：飞机电源系统和飞机输配

29、电系统。飞机电源系统是电能的产生，到汇流条这一部分，飞机输配电系统则是电源汇流条到用电设备这一部分，飞机供电系统分类如图 3.1 所示。供电系统 电源系统输配电系统 （ 电源-电源汇流条）（电源汇流条-用户设备输入端）图 3.1 供电系统分类2.飞机电源系统飞机电源系统主要是由主电源、二次电源、辅助电源、应急电源和地面电源等构成。3.飞机配电系统飞机配电系统主要分为遥控式、固态式与常规式三种。现在小型飞机常采用将配电系统的配电线引入座舱内的配电中心这种配电方式。而大中型飞机多采用的配电形式是遥控配电。3.4 模型建立模型建立3.4.1 模型的概念模型的概念模型就是对某个系统、物体或过程的一种可

30、理解的、数字的或逻辑性思维的表述。模型是根据研究目的的不同来选定的，是对一个系统一个部分的具体抽象和理滨州学院本科毕业设计（论文）9解，并且通过各种方式，如文字、数字等来进行分析描述。模型能够分析一个系统原理和其内部的联系，我们在建立模型的时候其实就是在对系统各个部件和成分关系的梳理。3.4.2 建立数学模型的方法建立数学模型的方法1.建模方法（1）演算法通过一些得到验证的理论，推算出一些合理的数学模型，这其中用到了相关的定理和公式，这是最早的建模方法。这种方法对于有着清晰的结构框架和明显的特性的系统非常适用，因为都能够找到相应的公式定理。电路系统中就是利用了各种电能的相互转换原理来进行模型的

31、搭建和处理的，就适用演算法。（2）总结法在进行了许多的试验之后，总结分析得出的数学模型。对于一些结构框图不是很清晰的系统，依据系统的输入和输出数据来进行分析，通过这种方式建立数学模型。（3）混合使用方法这是将演算法和总结法互相结合的一种建模方法。在利用演算法时，遇到不能解决的问题，就将其归到总结法的应用范围，将两种方法有机的结合在一起。这种方法是相当有效且也是运用最为广泛的。本文研究的电源系统有着清晰的结构框架，但是许多的部分并不能找到对应的数学公式，所以运用混合使用方法。2.建模原则（l）清晰性 许许多多的子系统构成了一个完整的系统，所以，对应一个系统模型，它也是由许多的子模型组成的。为了在

32、分析研究的时候简单、明了，子模块与子模块之间结构尽可能的清晰。(2)相关性 为了研究系统，我们建立了模型，那我们只需要研究与我们目的相关的部分，对其建立相关模型即可。(3)准确性 模型按照准确程度可以分成很多级，不同的系统，它的准确程度的要求也是不一样的。(4)整体性 对于系统进行划分时，很多时候并不是划分的越细越好。与此相滨州学院本科毕业设计（论文）10反，有时为了更加方便的研究模型，将它们合并为一个整体进行研究。下图是进行数字仿真时详细的步骤。正常运行？建立数学模型建立仿真模型问题阐述分析与描述系统仿真结果分析运行模型编写程序结束数学模型问题？仿真模型问题？程序问题？修改数学模型修改仿真模

33、型修改程序否是是是是否否图 3.2 数字仿真流程图对上述步骤我们进行如下划分：1.模型建立阶段。我们需要依据研究的目的、方法，模型建立需要的原理和原滨州学院本科毕业设计（论文）11始系统的数据来建立系统的模型。2.模型变换阶段。在模型建立之后，我们根据模型的种类，计算机的类型，研究的方向把模型进行处理，变成能在计算机上运行的形式。3.模型试验阶段。这个阶段主要是设计方案，再按照设计的步骤，将数据导入进去，在计算机上对模型进行运行，观察输出结果，形成结果报告。以上三个阶段的仿真过程如下图。实际系统模型建立阶段模型变换阶段模型实验阶段仿真实验结果仿真系统数学系统图 3.3 仿真的三个阶段3.4.3

34、 模型化步骤模型化步骤进行模型化处理，处理程序如下所示。大于20A的负载电源电网中连接的所有负载大于20A的性能不同的负载大于20A的性能不同且正常运行的负载 小于20A去除性能相同的合并去除不运行的负载图 3.4 飞机电源系统模型化处理框图3.4.4 模型化结构图模型化结构图在对飞机电源系统进行一系列模型化处理后，可以得到相应的数学模型，要想建立健全飞机电源系统的数学模型，就必须先建立单台发电机的供电网络的数学模型，然后将发电机与飞机电源的其他组成部分进行连接，构成一个系统的模型，除此之外，其他部件也需要进行相应的分析。滨州学院本科毕业设计（论文）12液压系统其他二次电源系统雷达系统电池组碳

35、片调压器起动发电机图 3.5 飞机电源系统滨州学院本科毕业设计（论文）13第四章第四章 发电机系统建模及仿真分析发电机系统建模及仿真分析4.1 同步发电机模型同步发电机模型在 MATLAB 中有专用的 PSB 电气系统仿真模块，各种同步电机的仿真模型都在模块当中，这些电机的仿真模型主要就是根据同步电机的基本方程来进行搭建的，其仿真精度和真实度比较是接近真实的发电机。为了使其中存在的电机模型满足使用要求，还需要对电机模型进行相应的修改。图 4.1 为常见的三级式同步电机模型图。定子转子调压器NSWffABC永磁式副励磁机交流励磁机交流发电机Wf145236图 4.1 三级式同步电机4.1.1 永

36、磁机模型永磁机模型永磁机主要给发电机控制器提供工作电源，并且同时给励磁机提供励磁。永磁机的指标要求：输出电功率 P=700VA，输出 3 相交流电，工作转速1450027000r/min，永磁机转子为 4 对极。根据上述参数可以算出永磁输出电压的频率为 9661800Hz。根据某型电机参数得到交轴电感为 0.15mH，永磁机的磁通为 0.009Wb，永磁机直轴电感为 0.1mH。在本仿真中，转速设置为 14500r/min。根据上述已有的数据来进行永磁机模块的参数设置。在仿真中永磁机的机械接口有两种选择，电功率输入和转速输入，在仿真中要注意选择转速输入。需要注意的是永磁机的输入转速为角速度，需

37、要将输入转速转换成角速度。仿真中是将输入转速乘以系数 2/60 得到角速度。主要参数设置如下图。滨州学院本科毕业设计（论文）14图 4.2 永磁机参数永磁机输出电压主要与永磁机磁通和输入转速有关系，通过设置磁通可以改变输出电压。对于输出电压，需满足空载时线电压 V55VAC。由于高压直流电机的输入转速是可变的，所以在仿真中对于输入转速按照最低转速来设置，最低转速满足设计要求，即可保证在高转速下满足设计要求。在输入转速 14500r/min 情况下对永磁机单独仿真，其输出线电压波形如图 4.3 所示，线电压有效值为 59V，输出频率 966Hz，满足设计要求。在三级式电机工作时，永磁机输出电压由

38、于外接了整流桥，输出波形不可能是这种比较完好的正弦波，其输出波形含有大量的谐波，输出波形发生畸变。滨州学院本科毕业设计（论文）15图 4.3 永磁机输出波形图4.1.2.电磁式同步发电机模型电磁式同步发电机模型在 Matlab 中的 PSB 模型库中有基本标么值、基本国际单位制式和标准标么制式 3 种电磁式同步发电机模型，唯一不同的是参数输入格式区别，而它们的工作原理完全一样。在电磁式同步发电机模型中，发电机的输入包括励磁电压和输入转速，但是需要值得注意的是，在模型中输入的励磁电压信号是采用的是 SIMULINK 信号，在 MATLAB 仿真中 SIMULINK 信号和 PSB 模型信号是不能

39、互相直接连接的。一般情况下通过受控电流源、受控电压源将 SIMULINK 信号转化为 PSB 信号；我们将通过电压表和电流表转化为 SIMULINK 信号。后级发电机的励磁电压信号需要通过接收前面的电压表输出的 PSB 信号产生，并且后级发电机的励磁电压SIMULINK 信号要与前面的信号互相连接，需要对同步发电机做适当的修改，以确保本仿真模型的正确。本仿真中选取的同步发电机模型是标准标么制式的模型。该模型的输出端 m是同步发电机工作的工作参数输出口，一共有 22 个输出参数，且均为 SIMULINK信号，其中包括励磁电流信号等多个信号。改进的主要原理是将输出励磁电流信号反馈到一个受控电流源，

40、将受控电流源两端作为励磁电压的输入，这样能保证输出的励磁电流的正确性。要将该电压信号作为同步发电机模型励磁电压输入，要先通过电压表检测受控电流源端的电压。但是由于仿真模型的缺陷，需要在受控电流源滨州学院本科毕业设计（论文）16串联一个小的电阻，保证模型的正确编译运行。在设置受控电流源时需要注意电流的输出方向，电流方向必须为从 Vf流到 Vf，如图 4.4 所示。将改造后的模型进行封装，减少外部连线，封装后的励磁电压输入接口成为 PSB 信号，同时励磁电压输入有正端和负端，可以直接接励磁，如图 4.4 所示。Controlled Current SourceVf+7c6b5a4Vf-3Conn3

41、2Conn21v+-Voltage MeasurementPmVf_mABCSynchronous Machinepu FundamentalABR1Gain12Gains-+ 1w图 4.4 同步发电机模型对于高压直流发电机来说，它的励磁机是电磁式发电机，而它的主发电机也是电磁式发电机，所以他们两者都能够采用前面我们讲到的模型。只需要在模型参数的设置上不同即可。对于同步发电机仿真模型需要注意的是其输入转速为标么值，在这里给定的转速参考值为 15000r/min。参数如下：转速：1500025000r/min额定电功率：主 P64KVA（主发电机）、励 P2.4KVA（励磁机）极对数：主 P4

42、（主发电机）、励 P6（励磁机）额定输出电压：线 U110V（主发电机）、线 U70V（励磁机）4.2 高压直流发电机系统模型高压直流发电机系统模型在分析了同步发电机的模型之后，本节搭建高压直流发电机的仿真模型，如图4.5 所示。图 4.5 中三级电机的机械输入均为转速，但是永磁机的转速和后两级电机的发电机转速是不同的，励磁机和主发电机是标么角速度，永磁机转速输入是角滨州学院本科毕业设计（论文）17速度。永磁机工作时输出三相交流电经过全桥不可控整流桥 1 变换为直流电，励磁机的励磁电压输入就是这个直流电。二极管 D 主要作用是在电功率管 T 关断期间给励磁机的励磁线圈续流用的。gABC+-主主

43、主3gABC+-主主主2gABC+-主主主1TmmABC主主主ABCabc 主主主主ABCabc 主主主 1ABCabc 图 4.5 高压直流发电机仿真模型高压直流发电机主发电机输出的电压经过整流桥输出脉动直流电，再经过电容C 滤波得到 270V 直流电，再输出给用电设备供电。调压器通过电压表检测输出端电压，将检测电压同参考电压比较，得到输出电压与参考电压的差值，误差信号经过调节器校正环节后，再和三角波进行比较，生成 PWM 信号，该 PWM 信号驱动电功率管开关工作，用来实现控制和稳定输出电压的目的。在仿真中参考电压值为单位 1，检测电压需要乘以 1/250 分压系数。PWM 调制所需要的三

44、角波频率为5000Hz，载波频率越高说明调节的精度越高。但是过高的频率也是不行的，它会降低程序运行的速度，严重时还会产生发散，所以我们选择的频率也是偏低的。考虑到对滤波电容的选择，可以根据主发电机输出电压的波形进行初步估计，有如下公式： （9）)ln(uuuRtC其中 u 为三相输出线电压；为三相线电压波交点处电压值，为 0.9u；R 为u额定工作用电设备电阻值；t 为时间常数 T/20，T 为三相输出电压周期。通过计算可以估算出滤波电容约为 0.8mF，再根据模型仿真实际调试，滤波电容确定为 0.4mF。4.3 仿真结果及分析仿真结果及分析通过以上分析，我们得到飞机电源系统的同步发电机模型，以下为主电源系统空载时的仿真运行结果。其中图 4.6 为整流之前的三相交流电，图 4.7 为整流之后滨州学院本科毕业设计（论文）18的直流电。图 4.6 整流之前三相交流电图 4.7 整流之后的直流电通过运行结果我们可以得到本次仿真结果比较成功，仿真出合理的飞机高压直流电源波形。滨州学院本科毕业设计（论文）19第五章第五章 结结 论论作者通过查阅大量文献资料，主要做的工作是：1.概述飞机电气系统的发展状况，并且说明本次论文的目的与意义。2.分析了同步发电机的相关知识，对同步发电机有了一个大致的了解。然后介绍了 MATLAB 软件，尤其是里面的 SIMULINK 运行环境，其