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基于飛機電力系統動態特性的廣義狀態空間平均建模方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510236028.X

申請日:

2015.05.11

公開號:

CN104915470A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 17/50申請日:20150511|||公開
IPC分類號: G06F17/50 主分類號: G06F17/50
申請人: 中國民航大學
發明人: 楊占剛; 徐萌; 趙宏旭; 荊濤; 石旭東
地址: 300300天津市東麗區津北公路2898號
優先權:
專利代理機構: 天津才智專利商標代理有限公司12108 代理人: 呂志英
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510236028.X

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.12.22|||2015.10.14|||2015.09.16

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種基于飛機電力系統動態特性的廣義狀態空間平均建模方法,包括步驟有依據飛機電力系統結構,建立飛機電力系統各環節的時變非線性微分方程;依據上步驟微分方程,確定狀態變量,并對狀態變量進行傅里葉分解,得到傅里葉系數描述的狀態變量;將所得到的傅里葉系數狀態變量代入微分方程,得到飛機電力系統的廣義狀態空間平均模型;依據飛機的不同飛行工況,分析飛機電力系統不同時間尺度的動態特性;依據動態特性對飛機電力系統的廣義狀態空間平均模型進行化簡。有益效果是該建模方法,能甄別飛機電力系統的運行工況及動態特性,在系統分析和設計中可代替時域模型,在穩態時可簡化為狀態空間平均模型,具有良好的工程精度,又具有快速的分析能力,適用于不同機型的穩態、暫態分析領域。

權利要求書

權利要求書
1.  一種基于飛機電力系統動態特性的廣義狀態空間平均建模方法,所述廣義狀態是以傅里葉變換為基礎的一種建模方法,該方法包括以下步驟:
A、依據飛機電力系統結構,建立飛機電力系統中電源系統、配電系統、機載用電設備的時變非線性微分方程,確定飛機電力系統時變非線性微分方程的狀態變量:
χ.=Ψχ+Γu]]>
其中,為系統狀態變量,Ψ為系統狀態變量矩陣,為n×n階矩陣,u=[u1,u2,…,um]T為系統代數變量,Γ為系統代數變量矩陣,為n×m階矩陣;
B、依據步驟A所確定的飛機電力系統時變非線性微分方程的狀態變量,對狀態變量χ進行傅里葉分解,對任一時變狀態變量xi(τ),在任一區間τ∈[t-T,t]中,均能夠用時變傅里葉級數表示:
xi(τ)=Σk=-NN<xi>k(τ)ejkωτ]]>
其中:<xi>k(τ)為時變傅里葉級數,N為傅里葉級數的階數,N越大則模型越精確,則第k階傅里葉級數表示為:
<xi>k(τ)=1T&Integral;t-Ttxi(τ)e-jkωτ]]>
<xi>k(τ)為反映系統動態特性的傅里葉系數狀態變量;
C、根據得到的傅里葉系數<xi>k(τ),引入新的狀態變量矩陣Q,為n×(2N+1)行1列矩陣,Q矩陣各元素如下所示:
k=0時,<xi>0(τ)=qi
k≠0時,<xi>k(τ)=qn(2k-1)+(2i-1)+jqn(2k-1)+2i
其中:q為新引入的狀態變量矩陣Q中的元素;
D、對步驟A得到的飛機電力系統時變非線性微分方程進行k階傅里葉 分解,得到:
ddt<χ>k=-jkω<χ>k+<Ψχ>k+<Γu>k]]>
k=0時:
ddt<χ>0=Ψ<χ>0+<Γu>0]]>
k≠0時,
ddtRe(<χ>k)=ΨRe(<χ>k)+kωIm(<χ>k)+Re(<Γu>k)]]>
ddtIm(<χ>k)=ΨIm(<χ>k)-kωRe(<χ>k)+Im(<Γu>k)]]>
其中:Re代表對函數取實部,Im代表對函數取虛部;
E、將步驟C得到的狀態變量q代入步驟D的傅里葉分解后的微分方程,并引入狀態變換矩陣M:
k=0時,Q.0=Ψ0Q0+M0]]>
式中,Q0=[q1,q2,…,qn]T
Ψ0=Ψ
Μ0=<Γu>0
k≠0時,Q.k=ΨkQk+Mk]]>
Qk=[qn(2k-1)+1,qn(2k-1)+2,…,qn(2k-1)+(2i-1),qn(2k-1)+2i,…,qn(2k+1)-1,qn(2k+1)]T

Mk=Re<Σj=1mΓ1uj>kIm<Σj=1mΓ1uj>k...Re<Σj=1mΓijuj>kIm<Σj=1mΓijuj>k...Re<Σj=1mΓnjuj>kIm<Σj=1mΓnjuj>k]]>
則最終的飛機電力系統的廣義狀態空間平均模型可描述如下:

F、針對飛機起動、滑行、起飛、爬升、巡航、下降、著陸的運行工況,依據飛機電力系統設備啟停、功能變換、結構切換、穩態設計的功能需求,將飛機電力系統動態特性分為四種層次:元件級動態、行為級動態、功能級動態、結構級動態;
G、依據步驟F得到的飛機電力系統四種層次的動態特性,合理選擇傅里葉分解的階數N,對飛機電力系統的廣義狀態空間平均模型進行化簡,得到四種層次下反映飛機電力系統動態特性的簡化廣義狀態空間平均模型。

2.  根據權利要求1所述的建模方法,其特征是:所述步驟A中建立飛機電力系統電源系統、配電系統、機載用電設備的時變非線性微分方程,包含以下因素:
1)電源系統包括同步發電機、蓄電池,配電系統包括變壓整流器、逆變器、恒功率、恒電壓、恒流控制斬波器、線路,機載用電設備電機、電阻;
2)同步發電機輸出為115V,400Hz;
3)配電系統中變壓整流器模型的建立與換相重疊角、開始導電角、觸發角相關。

3.  根據權利要求1所述的建模方法,其特征是:所述步驟F中飛機電力系統的動態特性隨飛機起動、滑行、起飛、爬升、巡航、下降、著陸的工況,所述元件級動態、行為級動態、功能級動態、結構級動態四種層次時刻調整,所述元件級動態指飛機電力系統中電力電子器件、電磁作動器的內部動態特性;所述行為級動態指組成飛機電力系統變壓整流器、斬波器、逆變器在工作工程中產生的開關動態;所述功能級動態指完成飛機啟動、降落、防冰、除霜功能,飛機電力系統進行的電機啟動、停止、負荷改變、投切動態行為;所述結構級動態指飛機為應對不同的飛行階段的起飛、爬升、巡航、降落所產生的電力系統結構切換動態特性。

4.  根據權利要求1或3所述的建模方法,其特征是:所述步驟G中對飛機電力系統的廣義狀態空間平均模型進行化簡,根據飛機電力系統四種層次動態特性需求,通過設定傅里葉系數狀態變量不同階次實現,化簡原則為:
1)元件級動態信號頻率為Mhz,需要用10階以上傅里葉系數狀態變量描述;
2)行為級動態信號頻率為kHz,需要用3-5階傅里葉系數狀態變量描述;
3)功能級動態信號頻率為100-150Hz,結構級動態信號頻率10Hz以下,可以用1階傅里葉系數狀態變量描述。

說明書

說明書基于飛機電力系統動態特性的廣義狀態空間平均建模方法
技術領域
本發明涉及一種飛機電力系統建模方法,尤其涉及一種基于飛機電力系統動態特性的廣義狀態空間平均建模方法,通過傅里葉系數狀態變量階數的設置,可反映飛機電力系統不同時間尺度的動態特性。
背景技術
為節約能源、降低成本及改善機載系統的性能,現代飛機越來越多地采用電能取代傳統飛機上的液壓、氣壓能源,即將發動機直接驅動的機械、液壓和氣動驅動的負載更換為電氣驅動負載。由此提出的“多電飛機(More Electric Aircraft)”概念,已成為飛機工業發展的主流趨勢。伴隨著多電飛機的發展及日益成熟,飛機電力系統在飛機中的重要性日益凸顯。飛機電力系統包括飛機電源系統、飛機配電系統、機上用電設備三部分:飛機電源系統是機上用來產生電能的設備組合,包括主電源、輔助電源、應急電源和二次電源等;飛機配電系統是機上用來傳輸、分配、轉換和控制電能的設備和線纜按一定方式進行的組合,也稱飛機電網,主要包括電力傳輸導線和電纜、防止導線和設備受短路或超載危害的保護裝置、配電裝置、二次電源、用電設備的控制和轉換裝置及電源檢查儀表等;機上用電設備是指依靠電能工作的設備。
飛機電力系統由于含有大量的電力電子變流裝置,是一個高維復雜非線性系統,其穩定性不僅受到常規電力元件動態特性影響,而且與電力電子裝置的動態特性密切相關,并且飛機電力系統的運行環境千差萬別,因此建立反映其動態特性的數學模型至關重要。總體上,飛機電力系統采用的建模方法大致可分為兩類:1)時域仿真法,即通過描述飛機電力系統各元件和全系統暫態過程的微分方程建立的模型,可以精確反映系統中快速電磁過程, 能夠給出大擾動、非線性、時變系統的精確響應,對事故現場進行再現,是一種古老的方法。在過去很長時間中,時域仿真法被認為是判斷電力系統運行狀態最準確、最可靠的方法。但時域仿真方法缺點是物理概念不清晰,不能夠從根本上揭示系統的工作機理,對設計的指導意義不大,也無法為控制方案的設計提供理論指導。2)狀態空間平均法,從系統不同拓撲下的狀態方程出發,經過平均、小信號擾動和線性化處理步驟,得到表征系統穩態和動態小信號特性的數學模型。由于狀態空間平均法在推導過程中假設狀態變量在開關周期每個階段只有微小變化,只能得到狀態變量的周期平均分量的動態方程,對飛機電力系統動態特性的反映有限。
總之,能夠描述系統內部詳細動態過程的時域仿真建模方法相對復雜,仿真速度較慢;而相對簡單的狀態空間建模方法又忽略掉了系統的動態特性。因此,有必要針對飛機電力系統的特點,為飛機電力系統建立簡單而又比較準確的數學模型,使之既能夠適用于大系統的仿真和分析,又可以包含一定的內部動態行為。
發明內容
針對上述問題,本發明的目的在于提供一種基于飛機電力系統動態特性的廣義狀態空間平均建模方法,可以反映飛機電力系統動態特性,可以滿足飛機電力系統不同時間尺度動態特性的研究需求。
為實現上述目的,本發明采用的技術方案是提供一種基于飛機電力系統動態特性的廣義狀態空間平均建模方法,所述廣義狀態是以傅里葉變換為基礎的一種建模方法,該方法包括以下步驟:
A、依據飛機電力系統結構,建立飛機電力系統中電源系統、配電系統、機載用電設備的時變非線性微分方程,確定飛機電力系統時變非線性微分方程的狀態變量:
χ&CenterDot;=ψχ+Γu]]>
其中,為系統狀態變量,Ψ為系統狀態變量矩陣,為n×n階矩陣,u=[u1,u2,…,um]T為系統代數變量,Γ為系統代數變量矩陣,為n×m階矩陣;
B、依據步驟A所確定的飛機電力系統時變非線性微分方程的狀態變量,對狀態變量χ進行傅里葉分解,對任一時變狀態變量xi(τ),在任一區間τ∈[t-T,t]中,均能夠用時變傅里葉級數表示:
xi(τ)=Σk=-NN<xi>k(τ)ejkωτ]]>
其中:<xi>k(τ)為時變傅里葉級數,N為傅里葉級數的階數,N越大則模型越精確,則第k階傅里葉級數表示為:
<xi>k(τ)=1T&Integral;t-Ttxi(τ)e-jkωτ]]>
<xi>k(τ)為反映系統動態特性的傅里葉系數狀態變量;
C、根據得到的傅里葉系數<xi>k(τ),引入新的狀態變量矩陣Q,為n×(2N+1)行1列矩陣,Q矩陣各元素如下所示:
k=0時,<xi>0(τ)=qi
k≠0時,<xi>k(τ)=qn(2k-1)+(2i-1)+jqn(2k-1)+2i
其中:q為新引入的狀態變量矩陣Q中的元素;
D、對步驟A得到的飛機電力系統時變非線性微分方程進行k階傅里葉分解,得到:
ddt<χ>k=-jkω<χ>k+<ψχ>k+<Γu>k]]>
k=0時:
ddt<χ>0=ψ<ψ>0+<Γu>0]]>
k≠0時,
ddtRe(<χ>k)=ψRe(<χ>k)+kωIm(<χ>k)+Re(<Γu>k)]]>
ddtIm(<χ>k)=ψIm(<χ>k)-kωRe(<χ>k)+Im(<Γu>k)]]>
其中:Re代表對函數取實部,Im代表對函數取虛部;
E、將步驟C得到的狀態變量q代入步驟D的傅里葉分解后的微分方程,并引入狀態變換矩陣M:
k=0時,Q&CenterDot;0=ψ0Q0+M0]]>
式中,Q0=[q1,q2,…,qn]T
Ψ0=Ψ
Μ0=<Γu>0
k≠0時,Q&CenterDot;k=ψkQk+Mk]]>
Qk=[qn(2k-1)+1,qn(2k-1)+2,…,qn(2k-1)+(2i-1),qn(2k-1)+2i,…,qn(2k+1)-1,qn(2k+1)]T

Mk=Re<Σj=1mΓ1juj>kIm<Σj=1mΓ1juj>k...Re<Σj=1mΓijuj>kIm<Σj=1mΓijuj>k...Re<Σj=1mΓnjuj>kIm<Σj=1mΓnjuj>k]]>
則最終的飛機電力系統的廣義狀態空間平均模型可描述如下:

F、針對飛機起動、滑行、起飛、爬升、巡航、下降、著陸的運行工況,依據飛機電力系統設備啟停、功能變換、結構切換、穩態設計的功能需求,將飛機電力系統動態特性分為四種層次:元件級動態、行為級動態、功能級動態、結構級動態;
G、依據步驟F得到的飛機電力系統四種層次的動態特性,合理選擇傅里葉分解的階數N,對飛機電力系統的廣義狀態空間平均模型進行化簡,得到四種層次下反映飛機電力系統動態特性的簡化廣義狀態空間平均模型。
本發明達到的效果是:
本發明提供的廣義狀態空間平均建模方法,可以甄別飛機電力系統的運行工況及動態特性,通過傅里葉系數階數變化,針對性的建立反映飛機電力 系統不同層次的動態特性的廣義狀態空間平均模型,該模型是介于時域仿真模型與狀態空間平均模型之間的一種模型,具有時不變非線性動態特性,在系統分析和設計中可以在一定程度上代替時域模型,并且模型的復雜程度可根據分析的需要而改變,在穩態時可簡化為狀態空間平均模型,具有良好的工程精度,又具有快速的分析能力,適用于不同機型,包括變速變頻、恒速恒頻、變速恒頻飛機電力系統的穩態、暫態分析領域。
附圖說明
圖1為本發明飛機電力系統廣義狀態空間平均建模的實施流程圖;
圖2為某多電飛機電力系統結構圖:
圖3為恒電壓負載輸出的Buck變換器結構圖;
圖4為廣義狀態空間平均模型與飛機電力系統動態特性對比圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明的基于飛機電力系統動態特性的廣義狀態空間平均建模方法進一步說明。
本發明的基于飛機電力系統動態特性的廣義狀態空間平均建模方法,所述廣義狀態是以傅里葉變換為基礎的一種建模方法,該方法包括以下步驟:
A、依據飛機電力系統結構,建立飛機電力系統中電源系統、配電系統、機載用電設備的時變非線性微分方程,確定飛機電力系統時變非線性微分方程的狀態變量:
χ&CenterDot;=ψχ+Γu]]>
其中,為系統狀態變量,Ψ為系統狀態變量矩陣,為n×n階矩陣,u=[u1,u2,…,um]T為系統代數變量,Γ為系統代數變量矩陣,為n×m階矩陣;
B、依據步驟A所確定的飛機電力系統時變非線性微分方程的狀態變量,對狀態變量χ進行傅里葉分解,對任一時變狀態變量xi(τ),在任一區間 τ∈[t-T,t]中,均能夠用時變傅里葉級數表示:
xi(τ)=Σk=-NN<xi>k(τ)ejkωτ]]>
其中:<xi>k(τ)為時變傅里葉級數,N為傅里葉級數的階數,N越大則模型越精確,則第k階傅里葉級數表示為:
<xi>k(τ)=1T&Integral;t-Ttxi(τ)e-jkωτ]]>
<xi>k(τ)為反映系統動態特性的傅里葉系數狀態變量;
C、根據得到的傅里葉系數<xi>k(τ),引入新的狀態變量矩陣Q,為n×(2N+1)行1列矩陣,Q矩陣各元素如下所示:
k=0時,<xi>0(τ)=qi
k≠0時,<xi>k(τ)=qn(2k-1)+(2i-1)+jqn(2k-1)+2i
其中:q為新引入的狀態變量矩陣Q中的元素。
D、對步驟A得到的飛機電力系統時變非線性微分方程進行k階傅里葉分解,得到:
ddt<χ>k=-jkω<χ>k+<ψχ>k+<Γu>k]]>
k=0時:
ddt<χ>0=ψ<ψ>0+<Γu>0]]>
k≠0時,
ddtRe(<χ>k)=ψRe(<χ>k)+kωIm(<χ>k)+Re(<Γu>k)]]>
ddtIm(<χ>k)=ψIm(<χ>k)-kωRe(<χ>k)+Im(<Γu>k)]]>
其中:Re代表對函數取實部,Im代表對函數取虛部。
E、將步驟C得到的狀態變量q代入步驟D的傅里葉分解后的微分方程,并引入狀態變換矩陣M:
k=0時,Q&CenterDot;0=ψ0Q0+M0]]>
式中,Q0=[q1,q2,…,qn]T
Ψ0=Ψ
Μ0=<Γu>0
k≠0時,Q&CenterDot;k=ψkQk+Mk]]>
Qk=[qn(2k-1)+1,qn(2k-1)+2,…,qn(2k-1)+(2i-1),qn(2k-1)+2i,…,qn(2k+1)-1,qn(2k+1)]T

Mk=Re<Σj=1mΓ1juj>kIm<Σj=1mΓ1juj>k...Re<Σj=1mΓijuj>kIm<Σj=1mΓijuj>k...Re<Σj=1mΓnjuj>kIm<Σj=1mΓnjuj>k]]>
則最終的飛機電力系統的廣義狀態空間平均模型可描述如下:

F、針對飛機起動、滑行、起飛、爬升、巡航、下降、著陸的運行工況,依據飛機電力系統設備啟停、功能變換、結構切換、穩態設計的功能需求,將飛機電力系統動態特性分為四種層次:元件級動態、行為級動態、功能級動態、結構級動態。
G、依據步驟F得到的飛機電力系統四種層次的動態特性,合理選擇傅里葉分解的階數N,對飛機電力系統的廣義狀態空間平均模型進行化簡,得到四種層次下反映飛機電力系統動態特性的簡化廣義狀態空間平均模型。
所述步驟A中建立飛機電力系統電源系統、配電系統、機載用電設備的時變非線性微分方程,包含以下因素:
1)電源系統包括同步發電機、蓄電池,配電系統包括變壓整流器、逆變器、恒功率、恒電壓、恒流控制斬波器、線路,機載用電設備電機、電阻;
2)同步發電機輸出為115V,400Hz;
3)配電系統中變壓整流器模型的建立與換相重疊角、開始導電角、觸發角相關。
實施例
圖1為飛機電力系統廣義狀態空間平均模型的實施流程圖。
本實施例基于某多電飛機電力系統,建立其廣義狀態空間平均模型,圖2為某典型多電飛機電力系統結構圖。
圖2中,電源系統包括同步發電機,蓄電池,配電系統包括變壓整流器,逆變器,恒功率、恒電壓、恒流控制斬波器,線路,機載用電設備包括感應電機,阻性負載。
1)通過分析電源系統、配電系統、機載用電設備等結構及控制特性,建立飛機電力系統電源系統、配電系統、機載用電設備各環節的時變非線性微分方程,以圖3所示飛機電力系統中帶恒電壓負載輸出的Buck變換器為例,其時變非線性微分方程如下:
I&CenterDot;vV&CenterDot;cv=-rvLv-1Lv1Cv-1CvRtIv(t)Vcv(t)+h(t,Tv)0Vdc(t)]]>
其中,rv為線路電阻,Lv為線路電感,Iv為電感電流,Cv為輸出穩壓電容,Vcv為電容電壓,h(t,Tv)為開關器件占空比,Vdc為輸入電壓值,確定該Buck變換器的狀態變量為Iv,Vcv。
2)確定由步驟1)得到的時變非線性微分方程的狀態變量Iv,Cv,并對該狀態變量進行傅里葉分解:
Iv(τ)=Σk=-NN<Iv>k(τ)ejkωτ]]>
Vcv(τ)=Σk=-NN<Vcv>k(τ)ejkωτ]]>
其中,<Iv>k(τ),<Vcv>k(τ)為時變傅里葉級數,第k階傅里葉級數可表示為:
<Iv>k(τ)=1T&Integral;t-TtIv(τ)e-jkωτ]]>
<Vcv>k(τ)=1T&Integral;t-TtVcv(τ)e-jkωτ]]>
3)根據得到的傅里葉系數<Iv>k(τ),<Vcv>k(τ),引入新的狀態變量矩陣Q,由于狀態變量數目n=2,若進行N階傅里葉分解,則各元素如下:
k=0時:
<Iv>0=q1
<Vcv>0=q2
k≠0時:
<Iv>k=q2(2k-1)+1+jq2(2k-1)+2
<Vcv>k=q2(2k-1)+3+jq2(2k-1)+4
4)對Buck變換器的微分方程進行k階傅里葉分解,得到:
k=0時:
ddt<Iv>0<Vcv>0=ψ<Iv>0<Vcv>0+<h(t,Tv)Vdc(t)>00]]>
k≠0時,
ddtRe<Iv>kRe<Vcv>k=ψRe<Iv>kRe<Vcv>k+Im<Iv>kIm<Vcv>k+Re<h(t,Tv)Vdc(t)>k0]]>
ddtIm<Iv>kIm<Vcv>k=ψIm<Iv>kImVcv>k-Re<Iv>kRe<Vcv>k+Im<h(t,Tv)Vdc(t)>k0]]>
5)將步驟3)得到的狀態變量q代入步驟4)的傅里葉分解后的微分方程,并引入狀態變換矩陣M:
k=0時,Q&CenterDot;0=ψ0Q0+M0]]>
式中,Q0=[q1,q2]T
Ψ0=Ψ
M0=<h(t,Tv)Vdc(t)>00]]>
k≠0時,Q&CenterDot;k=ψkQk+Mk]]>
Qk=[q2(2k-1)+1,q2(2k-1)+2,q2(2k-1)+3,q2(2k-1)+4]T
ψk=-rvLv-1Lv0--rvLv0-1Lv1Cv0-1CvRt01Cv--1CvRt]]>
Mk=Re<h(t,Tv)Vdc(t)>kIM<h(t,Tv)Vdc(t)>k00]]>
則最終的Buck變換器的廣義狀態空間平均模型可描述如下:

6)針對飛機起動、滑行、起飛、爬升、巡航、下降、著陸的運行工況,依據飛機電力系統設備啟停、功能變換、結構切換、穩態設計的功能需求,將飛機電力系統動態特性分為四種層次:元件級動態、行為級動態、功能級動態、結構級動態;
7)依據步驟6)得到的飛機電力系統四種層次的動態特性,合理選擇傅里葉分解的階數N,對飛機電力系統的廣義狀態空間平均模型進行化簡,若分析功能級動態,取N=1,則最終的廣義狀態空間平均模型為:
q&CenterDot;1q&CenterDot;2q&CenterDot;3q&CenterDot;4q&CenterDot;5q&CenterDot;6-rvLv-1Lv0000-1Cv-1CvRt000000-rvLvω-1Lv000-ω-rvLv0-1Lv001Cv0-1CvRtω0001Cv-ω-1CvRtq1q2q3q4q5q6+<h(t,Tv)Vdc(t)>00Re<h(t,Tv)Vdc(t)>1Im<h(t,Tv)Vdc>100]]>
飛機電力系統的其它環節,也可以通過上述方式進行廣義狀態空間平均建模,最終得到飛機電力系統的廣義狀態空間平均模型。
由于飛機電力系統是一個時變非線性系統,其動態特性隨飛機運行的工作狀況而時刻調整。具體的,飛機電力系統動態大致可分為四個層次:電力電子設備動態,主要指組成飛機的各級變換器在工作工程中產生的開關動態;功能級動態,主要指為了完成飛機如啟動、降落、防冰、除霜等各項功能,飛機電力系統進行的電機啟動、停止、負荷改變、投切等動態行為;結構級動態:主要指飛機為應對不同的飛行階段,如起飛、爬升、巡航、降落等,所產生的電力系統結構切換動態特性;穩態,是指完全忽略飛機電力系統的動態特性。以飛機電力系統結構級動態為例,飛機電力系統不同飛行階段所進行的結構切換如下表2所示。
表2飛機電力系統結構級動態

依據所分析的飛機電力系統動態特性,對飛機電力系統的廣義狀態空間平均模型進行化簡。飛機電力系統的動態特性變化趨勢與廣義狀態空間平均模型階數變化的對應特性,可以用圖4來表示。可以看出,飛機電力系統動態特性與廣義狀態空間平均模型具有相似的變化趨勢,隨著廣義狀態空間平均模型階數的增加,其包含的飛機電力系統的動態特性越多,但模型的復雜度也會相應提升。基于此,可對飛機不同運行狀態下的動態特性進行分析, 并依據不同場景需求,確定傅里葉系數與飛機電力系統動態特性具體的對應關系,實現對模型的化簡,進而構建出反應不同運行狀態下不同動態特性的飛機電力系統簡化廣義狀態空間平均模型。
由此,本發明實現了基于飛機電力系統動態特性的廣義狀態空間平均建模,能滿足不同時間尺度需求下飛機電力系統的建模需求。
最后應該說明的是:結合上述實施例僅說明本發明的技術方案而非對其進行限制。所屬領域的普通技術人員應當理解到:本領域技術人員可以對本發明的實施方式進行修改或等同替換,但這些修改或變更均在申請待批的權利要求保護范圍之內。

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基于 飛機 電力系統 動態 特性 廣義 狀態 空間 平均 建模 方法
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