飛機電源系統(tǒng)保護控制的仿真研究
劉慧英1，姚遠1，張國春2
（1西北工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院，陜西西安710129;2成都飛機工業(yè)（集團）有限責(zé)任公司，四川成都610092）
摘 要：針對某型飛機電源系統(tǒng)保護控制的仿真需求，在飛機主電源和二次電源的saber模型基礎(chǔ)上，提出了器件庫模型、模型構(gòu)建工具model aichitect中的模型以及mast語言編程模型相結(jié)合的方法，詳細論述了saher仿真器中過壓保護和過流保護控制模型的建模過程，從工程應(yīng)用的角度建立了相應(yīng)的混合信號仿真模型，并對控制模型的功能進行仿真驗證。仿真結(jié)果表明，該方法能準(zhǔn)確、可靠地實現(xiàn)電源系統(tǒng)模型的保護控制功能，為今后運用saber仿真器建立控制模型提供了有益參考。
關(guān)鍵詞：saber；過壓保護；過流保護
中圖分類號：tp 391 文獻標(biāo)識碼：a
1引 言
飛機供電系統(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。通過整流和逆變等變流方式為機上設(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)電機反流保護、過電壓與過勵磁保護和過載保護等保護措施。保護裝置的工作狀態(tài)分析對電源系統(tǒng)穩(wěn)定性研究具有重要參考價值。
過壓保護和過流保護是兩種基本的保護措施，在實際應(yīng)用中可由保護電路和熱保護器等實現(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進行，而在大系統(tǒng)中、針對工程應(yīng)用的仿真比較少，因此值得在這方面進行探討。
現(xiàn)有的仿真軟件中，saber可通過豐富的器件模型庫、模型構(gòu)建工具model architect以及硬件描述語言mast提供完整的建模功能，目前已廣泛應(yīng)用于電源設(shè)計的各個領(lǐng)域。saber可以兼容模擬、數(shù)字、控制量的混合仿真91，因此非常適合保護控制的建模。本文針對工程應(yīng)用的仿真需求，在電源的saber模型基礎(chǔ)上論述了保護控制的建模方法。
2 電源系統(tǒng)的過壓保護
發(fā)電機勵磁電路或調(diào)壓器故障使電源電壓超過規(guī)定的穩(wěn)態(tài)電壓極限值，稱為過壓。過壓會燒壞用電設(shè)備甚至發(fā)電機。因此發(fā)電機的控制電路中設(shè)置過壓保護電路，在出現(xiàn)過壓時使發(fā)電機脫離電網(wǎng)。
以過電壓保護器bjd-1a為例，它由電壓檢測電路、阻容反延時電路、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。電壓檢測電路檢測發(fā)電機勵磁繞組兩端電壓。發(fā)電機正常工作時，檢測電路的輸出電壓不足以驅(qū)動后級電路。發(fā)動機過勵磁時，檢測電路輸出電壓大于門限電路的門限電壓，經(jīng)阻容反延時電路延時，滅磁繼電器動作并自鎖，并將發(fā)電機切除并滅磁。
某型飛機電源系統(tǒng)的過壓保護裝置通過檢測電源輸出電壓，對主電源進行切換控制。其中，主電源由發(fā)動機電源和蓄電池組電源并聯(lián)組成。
主電源仿真模型 發(fā)動機電源模型模擬發(fā)電機工作原理，其輸出電壓為發(fā)動機轉(zhuǎn)速和勵磁的函數(shù)。采用saber器件庫中控制器件和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換接口模型即可實現(xiàn)發(fā)動機電源的建模。蓄電池組由4個蓄電池并聯(lián)組成。對于單個的蓄電池模型，根據(jù)實驗提供的蓄電池充、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個控制輸入端，一個輸出端。當(dāng)x1=l時，蓄電池處于充電狀態(tài)，蓄電池模型隨著時間扎的增加輸出充電電壓曲線：當(dāng)x2=2時，蓄電池模型相應(yīng)地輸出放電電壓曲線。為了加速仿真的驗證過程，對蓄電池的充放電曲線的時間坐標(biāo)進行等比例壓縮。
在實際應(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)過壓保護模型saber中建立的過壓保護模型，必須根據(jù)已建立的主電源模型特點實現(xiàn)過壓保護控制功能。某型飛機電源過壓保護的控制邏輯，見表1。 |
