基于阻尼补偿的直流发电机带恒功率负载系统稳定性分析

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaNov．252011Vel．32No．112055．2061ISSN1000-6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)11-2055—07基于阻尼补偿的直流发电机带恒功率负载系统稳定性分析谢占明1，郭宏1’*，黄建21．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京10019l2．北京航空航天大学无人驾驶飞行器设计研究

2、所，北京100191摘要：提出了一种提高基于阻尼补偿的直流(DC)发电机带恒功率负载(CPI。)系统稳定性的方法。依据输入滤波器输出阻抗极大值最小原则对基于阻尼补偿的直流发电机带恒功率负载系统输入滤波器参数进行了最优设计，给出了设计方法和流程。运用Bode图和Nyquist曲线对基于阻尼补偿的直流发电机带恒功率负载系统进行稳定性分析，并与在输出端并联单电容的直流发电机带恒功率负载系统进行比较。对两种系统进行了仿真分析和试验验证。结果表明，基于阻尼补偿的直流发电机带恒功率负载系统较之在输出端并联单电容的

3、直流发电机带恒功率负载系统带载能力可提高一倍以上。关键词：稳定性；直流发电机；恒功率负载；阻尼补偿；最优设计；Nyquist曲线中图分类号：V242．2文献标识码：A飞机供电系统具有恒压要求，而恒功率负载(ConstantPowerLoad，CPL)具有负阻抗特性，二者的耦合关系会给舰船、飞机等独立供电系统带来稳定性的问题[1-s]。目前，涉及发电机带恒功率负载稳定性的研究不是很多。其中，研究同步发电机及整流系统的相对多一些[6。7]，研究直流(DirectCurrent，DC)发电机系统稳定性的很少

4、卟]。多数涉及直流电源稳定性的研究集中在恒压源(如开关变换器)带恒功率负载系统上凹。¨。其结构特点是在恒压源与恒功率负载之间加LC滤波和阻尼补偿(以RC串联方式为例)，二者共同组成系统总的输入滤波器：其设计关键是输入滤波器4个参数的最优化n2_14]。参数最优化设计依据一般有两个，一个是使输入滤波器输入阻抗极值最小[1引，另一个是使输出阻抗极值最小【l引。文献[13]中列出了基于输出阻抗极值最小这一最优条件下的参数方程，文献[-14-1中求解了同一系统的稳定性条件。上述研究解决的是LC滤波加RC阻尼补

5、偿结构最优化问题，而本文解决了基于阻尼补偿的直流发电机带恒功率负载这种LRC滤波加RC阻尼补偿新型结构的参数最优化问题，在工程实践中具有积极意义。1直流发电机和恒功率负载的数学模型图1为一台具有稳压功能的并励直流发电机的数学模型。图1中：Rr和Lt分别为励磁电阻和励磁电感；R。和L。分别为电枢电阻和电枢电感；it和i。分别为励磁电流和电枢电流；“r为励磁电压；“；为受励磁电流控制的电枢输入电压；M。为电枢输出电压；U为输出稳定电压；K为电压收稿日期：2011-01-20：退修日期：2011．02．18

6、：录用日期：2011—03—31；网络出版时间：2011—04-1215：33：55网络出版地址：洲．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20110412．1533．007．htmlOOI：CNKI：11-1929／V．20110412．1533．007*通讯作者．Tel．：010-82317546E-mail：guohong@buaa．edu．0"1戮甩格武l谢占明，郭宏，黄建．基于阻尼朴偿的直流发电辊带恒功率受载系统稳定经分析[J-?航空学撮，201It32(1”：205

7、5-2061．XieZhanming．GuoHong．HuangJian．StabilityanalysisonthesystemofaDCgeneratordrivingconstantpowerloadsbased∞dampingcompensation[J]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica。2011，32(11)：2055-2061．2056航空学报Nov．252011V01．32No．11反馈系数；K。为励磁电流放大系数。b，=2P／V，于是该切线的公式

8、为图1直流发电机模型Fig．1ModelofDCgenerator对该电路进行简要的数学分析，可得L。等一Ui刈。-R^(1)嘶=Rf计Lf警(2)嘶一U—Ku。(3)“i=K。if(4)图2为CPL的电流一电压(i一口)关系曲线。在其稳定工作点附近进行线性化。图2恒功率负载i-v特性曲线Fig．2i-vcharacteristicofCPL对于恒功率P，有i—P／v(5)于是在给定的稳定工作点(V，J)附近有笔一乒㈤avy。由图2可知，在给定的稳定工作