航空三級式發電系統非線性建模與硬件在環實現

摘要：針對航空三級式發電系統在故障診斷與狀態監控研究中進展緩慢的問題，對系統的非線性關系和信號傳遞邏輯進行了研究，建立了發電系統的非線性模型，構建了硬件在環測試平臺。首先利用電流-磁鏈神經網絡，擬合了電機電流-磁鏈的非線性關系；其次提出變參數平均值模型的改進型，準確預測了旋轉整流器的輸出電壓降；最后分析了系統的信號傳遞邏輯，完成了對系統的非線性建模。結合航空三級式發電系統的非線性模型和RT-LAB實時仿真機完成了硬件在環測試平臺的構建，并利用GJB 181B—2012標準對平臺進行了有效性驗證和控制能力的驗證。驗證結果表明，在小型單發飛機所需的發電系統輸出功率為45 kV·A的條件下，平臺輸出三相交流電的穩態電壓為113.017 4 V、電壓不平衡度為0.253 2 V、電壓調制幅度為2.059 6 V，滿足GJB 181B—2012標準對供電品質的要求，并且還可以在30～50 kV·A內跟蹤任意指定輸出功率。該平臺利用非線性建模技術、硬件在環技術打破了傳統航空發電系統研究中對于實驗環境的要求，可以降低研究成本、縮短研究周期，對于航空發電系統的控制器研究以及航空發電系統的更新換代具有加速功能。

關鍵詞：航空三級式發電系統；非線性；硬件在環

中圖分類號：V242.2 文獻標志碼：A

DOI：10.7652/xjtuxb202411020 文章編號：0253-987X（2024）11-0205-12

Nonlinear Modeling and Hardware-in-the-Loop Implementation of Three-Stage Aircraft Power Generation Systems

LI Tianxing，DU Haoran，LIU Yongzhi，ZHU Peirong，JING Bo，WANG Long

（Aviation Engineering School，Air Force Engineering University，Xi’an 710038，China）

Abstract：To address the sluggish progress in fault diagnosis and condition monitoring of three-stage aircraft power generation systems，this paper investigates the system’s nonlinear relationships and signal transmission logic by developing a nonlinear model of the power generation system and a hardware-in-the-loop test platform. Initially，a current-flux linkage neural network is utilized to model the nonlinear relationship of motor current-flux linkage. Subsequently，an improved variable parameter average value model is introduced to accurately predict the output voltage drop of the rotary rectifier. Finally，the signal transmission logic of the system is analyzed to finalize the nonlinear modeling process. The hardware-in-the-loop test platform is established by combining the nonlinear model of the three-stage aircraft power generation system with the RT-LAB real-time simulator，and its effectiveness and control capability are verified against GJB 181B—2012. The verification results show that under the requirement of a 45 kV·A output power for small single-engine aircraft，the three-phase AC output maintains a stable voltage of 113.017 4 V，with a voltage unbalance of 0.253 2 V and a voltage modulation amplitude of 2.059 6 V，meeting the power supply quality standard required by GJB 181B—2012. Additionally，the platform can precisely track any specified output power within the 30 to 50 kV·A range. This platform leverages nonlinear modeling technology and hardware-in-the-loop methodology to eliminate the traditional requirements for experimental environments in aircraft power generation system research. It can lower research costs，shorten project durations，and expedite research on aircraft power generation system controllers and upgrades.

Keywords：three-stage aircraft power generation system；nonlinear；hardware-in-the-loop

隨著多電飛機概念的發展，電能作為飛機的一種二次能源得到更加廣泛的使用^［1-3］。具有良好供電品質的電能直接影響著飛機的飛行安全。在任何使用領域，多電化都是飛機發展的必然趨勢，Boeing 787、Airbus A380和F-35等都是多電飛機的典型代表^［4-7］。發電系統作為飛機的電能來源，其性能直接決定了飛機的供電品質。Chen等闡述了未來飛機電源系統的幾種可能形式^［4］：

（1）恒頻交流電源系統（115 V/400 Hz AC）；

（2）交直流混合電源系統（115 V/360-800 Hz AC 和270 V DC）；

（3）高壓交直流混合電源系統（230 V/360-800 Hz AC 和±270 V DC）;

（4）高壓直流電源系統（±270 V DC）。

無論是交流發電系統還是直流發電系統，線繞轉子式發電機都是目前飛機發電系統的最優選擇^［8］。線繞轉子式發電系統不僅可以在不同電能形式的電源系統中應用，還被廣泛的認為是起動發電系統的最優方案。三級式發電機是飛機線繞轉子式發電機最普遍的形式^［8］。航空三級式發電系統具有無刷、自勵、可調、穩定等優點^［9］，可以極大地保證飛機電力系統的穩定和強生命力，結構如圖1所示，其中u為電壓，i為電流，下標a、b、c表示電樞端繞組、f表示勵磁端繞組、pe表示副勵磁機、me表示主勵磁機、mg表示主發電機。

由圖1可見，三級式發電系統分為副勵磁機（永磁同步發電機）、主勵磁機（旋轉電樞式同步發電機）、旋轉整流器（三相橋式不控整流電路）、主發電機（線繞轉子式發電機）和調壓控制器。調壓控制器由脈沖寬度調制（PWM）信號發生器和整流電路組成。航空三級式發電系統是飛機電能的主要來源，其工作狀態直接決定著飛機的飛行安全和任務的達成。航空三級式發電系統是一個非線性、強耦合的復雜系統，對其的故障診斷和狀態監控研究一直進展緩慢。文獻［10-11］提出此系統故障頻率最高、故障代價最大的兩種故障分別是旋轉整流器故障和主發電機勵磁繞組匝間短路故障。此類故障都發生在系統的轉動部分上，故障的特征信號難以直接獲取，并且由于系統非線性對故障的特征信號存在干擾，因此系統的故障診斷和狀態監控存在困難，相關研究僅停留在部件級^［12-13］，對全系統的故障診斷和狀態監控研究進展緩慢。搭建航空三級式發電系統硬件在環測試平臺可以促進相關研究，此平臺還可以加快研究周期，降低研究成本，是研究該系統不可逆故障的方案之一。

搭建航空三級式發電系統硬件在環平臺需要對此系統的非線性關系及信號傳遞邏輯進行研究。系統的非線性關系主要來源于電機的非線性關系和旋轉整流器的非線性關系。目前，對于電機的非線性關系，主流解決辦法是使用有限元分析（FEA）完成對電機非線性關系的模擬^［14-16］。但是，此方法計算代價大，會引發硬件在環測試平臺中的超時問題，并且航空三級式發電系統中涉及3個電機的串行連接，直接使用有限元分析的手段不可取。旋轉整流器為三相橋式不控整流電路，此電路中最難解決的非線性問題是由于換相延遲導致的輸出電壓降問題^［17］。對于此電路結構，文獻［18-19］等使用固定參數的平均值模型描述旋轉整流器的工作狀態，在頻域分析中取得了一定成果，但未進行時域分析。Jatskevich等提出了旋轉整流器的變參數平均值模型，利用變參數準確估計了三相橋式不控整流電路的輸出電壓降，但此模型涉及到參數掃描問題，對于具體電路的參數掃描設置存在難度^［20-21］。同時，航空三級式發電系統中蘊含的信號傳遞邏輯會對硬件在環測試平臺的搭建構成困難，需要對三級式起動發電系統的具體電路結構進行信號傳遞分析。

硬件在環技術在汽車、電網等領域已經獲得了廣泛的應用^［22-26］，此技術具有縮短研發周期、降低研究成本等優點，并且對于不可逆故障、極端工況等問題也是最可行的研究手段。在裝備成本劇增的條件下，運用此技術可以對昂貴設備開展故障診斷和狀態監控研究。本文利用RT-LAB實時仿真機，搭建了航空三級式發電系統的硬件在環測試平臺，并按照GJB 181B—2012標準對其進行了有效性驗證，結果表明平臺在驗證環節表現良好，相關參數滿足GJB 181B—2012的要求，對于航空三級式發電系統的故障診斷與狀態監控研究具有重要意義。

1 航空三級式發電系統的工作原理

開關磁阻電機、感應電機等具有功率密度限制、輸出轉矩脈動大等問題；永磁同步電機是永磁體勵磁，勵磁能力不可控，具有故障條件下無法消磁的限制。因此，上述提到的幾種電機在飛機起動發電一體化技術中的應用前景不如線繞轉子式電機^［11］。技術成熟、結構可塑性強的三級式起動發電系統被廣泛認為是發電機最可能的基本構型。其基本結構如圖1所示，系統主要由航空三級式發電系統主體和發電控制單元（GCU）組成。

三級式發電系統的工作原理如下。飛機發動機輸出轉矩，帶動系統轉動部分旋轉。副勵磁機由永磁體勵磁，永磁體產生勵磁磁場，轉軸帶動永磁體旋轉，磁場隨著永磁體的旋轉而旋轉，從而切割副勵磁機電樞繞組，產生三相交流電。副勵磁機產生的三相交流電經過整流電路后輸出直流電給主勵磁機勵磁繞組，主勵磁機勵磁繞組上產生勵磁磁場。主勵磁機電樞繞組位于轉動部分上，由轉軸帶動旋轉，與主勵磁機勵磁繞組上產生的勵磁磁場發生相對運動，在主勵磁機電樞繞組上產生三相交流電。主勵磁機產生的三相交流電經過旋轉整流器整流后，產生直流電用于主發電機的勵磁。主發電機勵磁繞組上產生的磁場隨著勵磁繞組的旋轉而旋轉，切割主發電機電樞繞組，在主發電機電樞繞組上產生三相交流電輸出，或經過整流電路整流后輸出直流電。主發電機輸出電壓被調壓控制器采集，經過處理后輸出PWM控制信號，用于控制與主勵磁機勵磁繞組串聯的開關管。通過控制主勵磁機的勵磁電壓從而達到對系統輸出電壓的控制，使系統輸出滿足供電品質的電能。

2 航空三級式發電系統的非線性建模

搭建航空三級式發電系統的硬件在環測試平臺，需要對系統的非線性關系和信號傳遞邏輯進行研究，建立具有高保真度、高計算效率、強解釋性的非線性模型。

2.1 電機的非線性分析與建模

系統結構中涉及一個永磁同步電機和兩個電勵磁同步電機，電機的非線性關系直接影響著硬件在環測試平臺的有效性與準確性。對于電機而言，非線性關系主要蘊含在電流和磁鏈的關系中，磁場飽和、空間諧波等現象都影響著電流與磁鏈的關系。傳統的dq模型采用固定電感參數的形式，此形式可對電機狀態進行大致的估計，但精度難以滿足硬件在環測試平臺的要求，也無法達到GJB 181B—2012的供電品質要求。

本文采用單隱層前饋神經網絡直接擬合電流與磁鏈的關系，保持d軸和q軸的強耦合關系，相比于傳統電機的dq模型可以更好地反應電機的非線性關系。將電流-磁鏈神經網絡嵌入到電機的數學模型中，保持了電機的可解釋性。以主勵磁機為例，具體電機模型如下

式中：u_f、ψ_f、i_f和R_f分別表示勵磁繞組的勵磁電壓、勵磁磁鏈、勵磁電流和勵磁電阻；u_d、ψ_d、i_d和R_d分別表示d軸繞組的電樞電壓、磁鏈、電流和電阻；u_q、ψ_q、i_q和R_q分別表示q軸繞組的電樞電壓、磁鏈、電流和電阻；θ表示電角度；ω表示電角速度；下標NN表示單隱層前饋神經網絡。

式（1）～式（3）為主勵磁機的非線性模型。模型中各繞組的磁鏈方程采用了多輸入單輸出單隱層前饋神經網絡的形式，將d軸、q軸和勵磁繞組的電流、磁鏈耦合在一起，同時解決了電機的非線性及耦合問題。利用電機的真實參數建立電機的有限元模型，首先然后利用有限元分析軟件中參數掃描能力，將電機的非線性關系掃描為電流-磁鏈lookup表，最后利用電流-磁鏈lookup表訓練單隱層前饋神經網絡，得到電流-磁鏈神經網絡。該模型比傳統定電感參數的電機dq模型在非線性關系上具有更好的擬合能力；比直接利用有限元分析軟件進行聯合仿真具有更好的計算效率；并且由于電流-磁鏈神經網絡的應用，模型具有了預測未知工況的能力。副勵磁機和主發電機與主勵磁機的原理類似，相關模型如下

副勵磁機為永磁同步發電機，利用永磁體勵磁，沒有勵磁繞組的結構，永磁體產生的勵磁磁場直接作用于d軸和q軸繞組，并在相應的繞組中產生對應的磁鏈。在進行參數掃描時，永磁體對繞組產生的效果也會掃描進電流與磁鏈的關系中，從而保證了電機的非線性關系。式（1）～式（8）表示了航空三級式發電系統的3個電機部分，單隱層前饋神經網絡只用于擬合電流與磁鏈的關系，因此在保證模型高保真度和高計算效率的前提下，模型的可解釋性同樣保持在高水平上。

2.2 旋轉整流器的非線性分析與建模

旋轉整流器在發電系統轉子端，位于主勵磁機和主發電機之間，將主勵磁機輸出的三相交流電整流為直流電，供主發電機勵磁。旋轉整流器采用三相橋式不控整流電路的基本結構，如圖2所示。

旋轉整流器輸入端連接主勵磁機電樞繞組，輸出端連接主發電機勵磁繞組。由于其輸入輸出端電路都是感性電路，電路存在嚴重的換相延遲，輸出電壓存在一定程度的電壓降。針對此現象，Jatskevich等提出了變參數平均值模型^［20-21］，表示如下

式中：u-_q（t）、u-_d（t）、i-_q（t）和i-_d（t）分別表示輸入三相交流電在dq坐標系下q軸電壓分量、d軸電壓分量、q軸電流分量和d軸電流分量；u-_f（t）和i-_f（t）表示三相橋式整流電路的輸出電壓和輸出電流；Z表示模型需要掃描的參數，由負載性質決定；（t）、（t）表示三相橋式整流電路的輸入輸出變比；（t）表示主勵磁機的功角；（t）表示輸入端電流滯后電壓的角度，由負載性質決定。

式（9）～式（11）中所有變量均利用下式在三相橋式整流電路輸出電壓脈動周期T_SW中取平均值

式中：f（t）表示式（9）～式（11）中涉及的變量參數。對于輸入端頻率為1 kHz的交流電，T_SW為1/（1 000×6） s。

式（9）～式（11）中建立的電路模型在dq坐標系下，輸入端的三相交流電從abc坐標系投影到dq坐標系。變參數的平均值模型工作原理如下：先通過更改輸出端負載的性質調整Z，同時掃描出對應的（t）、（t）和（t），建立lookup表；當模型運行時計算出Z，利用查表的方法得到對應的變比，利用變比完成對于系統狀態的解算。此方法存在參數掃描的過程，負載端參數掃描任務量大，目標不明確，負載的性質嚴重影響著模型的結果。由此，根據旋轉整流器的負載性質提出變參數平均值模型的改進型

式中：t₁表示系統前一狀態的時間；（t）、（t）的初值分別為π/33、π/23。

式（13）、（14）在變參數平均值模型的基礎上，通過引入遲滯環節避免了模型建立前的參數掃描工作。模型通過變比的初值進行啟動，然后由前一時刻的狀態進行變比計算，用于當前時刻系統狀態的求解，從而完成對于旋轉整流器的模擬。該模型既保留了變參數平均值模型準確預測輸出電壓降現象的優點，又避免了建模時需進行參數掃描的工作，具有高保真度和高計算效率特性。

2.3 系統的信號傳遞邏輯分析

如圖1所示，航空三級式發電系統由多個部件組成，部件之間存在大量的信號傳遞，此系統中存在兩個關鍵的信號傳遞邏輯，分別是：

（1）旋轉整流器與同步發電機之間的信號傳遞邏輯；

（2）調壓控制器與主勵磁機勵磁繞組之間的信號傳遞邏輯。

Jatskevich等闡述了兩種旋轉整流器的信號傳遞邏輯^［20-21］，如圖3所示。

圖3的兩種信號傳遞邏輯均可驅動系統運行，但由于旋轉整流器前后連接的都是同步電機，還需要結合同步電機的性質對其進行深入分析。主勵磁機勵磁繞組產生勵磁磁場，勵磁磁場與電樞繞組發生相對運動，在電樞繞組中產生感應電動勢；感應電動勢再結合負載的具體形式，得到電樞電流；電樞電流又會產生電樞磁場，從而影響勵磁磁場，形成電樞反應。根據電樞反應原理，旋轉整流器接受主勵磁機的信號為電壓信號，反饋給主勵磁機的信號為電流信號。因此，旋轉整流器的信號傳遞邏輯采用圖3（a）的形式。

調壓控制器是航空三級式發電系統高供電品質的有效保證。系統的電壓調節主要是通過調壓控制器采集主發電機的輸出電壓，取有效值三相平均后和參考值進行比較，得到PWM控制信號，從而控制主勵磁機的勵磁完成對系統輸出的調節。調壓控制器與主勵磁機的連接電路如圖4所示，其中u_dc、i_dc分別表示PWM信號控制的開關管前端電路的電壓和電流。圖4所示的電路位于系統副勵磁機和主勵磁機之間，從中可以看出，調壓控制器通過控制與主勵磁機勵磁繞組串聯的開關管，從而控制繞組上的勵磁電壓，完成對系統的控制。主勵磁機勵磁繞組反并聯續流二極管，保證了勵磁繞組上電流連續變化，避免了電流突增突降對電機繞組的沖擊，起保護作用。

由于開關管和續流二極管的存在，整流電路輸出電壓和輸出電流與主勵磁機勵磁繞組輸入電壓和輸入電流不一致，需要對此進行信號傳遞邏輯分析。結合PWM控制信號，建立了如圖5（a）所示的信號傳遞邏輯。圖5（a）中利用兩個PWM調壓控制信號控制開關，完成了對連接電路電壓通道和電流通道信號的模擬，圖5（a）中所示的連接邏輯可以解決開關管前后電壓、電流信號不一致的問題，符合實際信號的傳遞邏輯。

根據系統的非線性關系及信號傳遞邏輯分析，可以得出全系統的非線性模型，為建立航空三級式發電系統的硬件在環測試平臺奠定基礎。系統及主要部件的非線性模型如圖5所示，其中S表示微分運算，1/S表示積分運算。

3 航空三級式發電系統硬件在環實現

3.1 平臺構建

運用硬件在環技術可以解決當前產品研發費用高、周期長等問題，同時硬件在環技術還是研究不可逆、不可控故障最有效最可行的辦法。對于飛機航空三級式發電系統而言，系統的故障診斷和狀態監控直接決定著飛機的工作狀態。旋轉整流器和主發電機勵磁繞組作為系統故障率最高、故障代價最大的兩個部件，由于兩者的位置位于發動機帶動的轉軸上，與其狀態相關的電參數無法直接測量。使用其他位置的電參數又會受到信號傳遞過程中非線性因素的影響，能夠反應上述兩者的狀態信息被模糊。因此，系統的狀態監控和故障診斷研究一直進展緩慢。利用數字孿生、智能算法等技術，搭建航空三級式發電系統的硬件在環測試平臺，對飛機發電系統的狀態監控和故障診斷展開研究，更有利于研究系統的故障機理。在系統層面進行研究還可以分析故障的傳遞和耦合機理，將航空三級式發電系統的故障診斷和狀態監控研究置于系統級別展開分析。

本文選用RT-LAB實時數字仿真平臺搭建系統的硬件在環測試平臺。RT-LAB實時數字仿真平臺是一種用于動力和電氣工程領域的科學儀器，可以與MATLAB/Simulink無縫集成，實現Simulink模型與真實環境的實時交互。平臺構建流程如圖6所示。

圖6表示了飛機發電系統硬件在環測試平臺的構建流程，共分3部分。第1部分，利用ANSYS Electronics Desktop軟件，對飛機發電系統的電機部分進行有限元建模，利用軟件的參數掃描功能提取各電機電流-磁鏈的非線性關系。第2部分，利用2.1節提出的方法，用電流-磁鏈非線性關系數據訓練單隱層前饋神經網絡，再將神經網絡嵌入到電機的數學模型中，得到電機的非線性模型。分析飛機發電系統各子系統之間的信號傳遞邏輯，而后在MATLAB/Simulink軟件中搭建飛機發電系統全模型。第3部分，根據RT-LAB實時仿真機的編譯規則，對飛機發電系統模型進行改造，模型包括副勵磁機、整流電路、主勵磁機、旋轉整流器、主發電機、發電機控制器以及調參與結果顯示部分。調參與結果顯示部分位于上位機中，其余6部分編譯到RT-LAB實時仿真機中運行，為避免出現超時現象，編譯到RT-LAB中的每個部分分別調用仿真機的一個核進行解算。各部分之間利用Opcomm模塊進行信息傳遞。硬件在環平臺的仿真解算步長設置為0.05 ms，時長設置為手動停止。硬件在環平臺構建完成后結合GJB 181B—2012標準對其進行檢驗。

3.2 有效性和控制能力驗證

本文利用系統的真實參數建立了非線性模型，利用有限元分析結合電流-磁鏈神經網絡的方法，解決了電機中的非線性關系，利用變參數平均值模型的改進型，解決了旋轉整流器輸出電壓降問題，并將模型運用于硬件在環測試平臺中，最后利用GJB 181B—2012標準對平臺的有效性及控制能力進行了驗證。

（1）有效性驗證。將硬件在環測，試平臺設置到主發電機輸出功率為45 kV·A的狀態，首先進行旋轉整流器的非線性模型有效性驗證。利用有限元軟件ANSYS Electronics Desktop構建發電系統中3個電機的電磁模型，在Simplorer軟件環境中用電力電子元器件搭建發電系統的整流電路以及調壓控制器，并調用3個電機的電磁模型進行聯合仿真。采集旋轉整流器的輸出電壓，所得結果與本文提出的變參數模型的改進型結果進行比較，結果如圖7所示。

圖7中變參數平均值模型的改進型輸出電壓平均值為12.603 13 V，聯合仿真中的有效值為12.593 03 V，而理想換相的輸出電壓平均值為124.150 97 V。旋轉整流器前后級電路都是電機繞組，輸入輸出電路呈現強烈感性，換相延遲現象的程度很高，理想換相的固定參數平均值模型無法對其電壓降落的程度進行有效預測，而本文提出的變參數平均值模型的改進型在式（12）提到的脈動周期中可以有效預測電壓降落現象。

利用平臺的可觀測性對每一級電機進行輸出電壓監控，并結合PWM控制信號進行分析，相關結果如圖8所示。

從圖8可以看出，為了保證系統輸出電壓在108～118 V之間，調壓控制器在0.029 3 s開始工作，調壓控制器利用PWM控制信號控制主勵磁機勵磁繞組通斷。當主勵磁機勵磁繞組接通時，副勵磁機電樞繞組中形成完整回路存在電流流過。由于副勵磁機電樞繞組通過整流電路后連接主勵磁機勵磁繞組，呈感性，副勵磁機中的電樞反應為消磁反應，副勵磁機輸出電壓降低。當主勵磁機勵磁繞組斷開時，電樞反應消失，副勵磁機輸出電壓回升，在系統調壓后出現圖8（a）中有規律、往復的電壓波動。同樣受PWM控制信號的影響，主勵磁機勵磁繞組的勵磁電壓在電路接通時上升，電路斷開時下降，影響著勵磁繞組上的勵磁電流，使主勵磁機輸送給主發電機的勵磁電壓可以保證最終系統的輸出電壓滿足要求。調壓控制器將主發電機的輸出電壓控制在108～118 V的規定范圍之內，如圖8（c）、8（d）所示。按照GJB 181B—2012標準，對系統在轉速為12 000 r/min、輸出功率為45 kW的狀態進行檢驗。根據檢驗要求取系統穩定工作狀態1～2 s的輸出電壓進行供電品質檢驗，結果如表1所示。

系統輸出的三相交流電在穩態特性和瞬態特性方面都滿足GJB 181B—2012標準，平臺輸出的交流電也符合標準，可以利用該平臺對飛機的發電系統進行故障診斷和狀態監控研究。

（2）調壓能力驗證。為深入探究驗證系統的調壓控制能力，對系統進行輸出功率為 30～50 kW的指定功率跟蹤實驗。調節主發電機后接負載，使系統的輸出功率在30～50 kW間變化，相關結果如圖9所示。

從圖9（a）、圖9（b）中看出，系統可以完成對指定輸出功率的跟蹤，在30～50 kW之間的任意指定輸出功率都可以被系統跟蹤。輸出功率在指定功率附近以1 kW的幅度波動，輸出功率波動幅度占總輸出功率值不足3.4%，并且可以通過調整調壓控制器中的相關參數將波動幅值進一步減小，提升系統的性能。圖9（c）、圖9（d）顯示了主發電機的輸出電流波形，該波形與輸出功率波形一致，在輸出電壓穩定的前提下，系統通過調整輸出電流來對指定功率進行跟蹤。圖9（e）、9（f）和圖9（g）中顯示了主發電機的輸出電壓波形和輸出電壓有效值，在系統跟蹤指定輸出功率時，輸出電壓存在波動，但輸出電壓有效值一直保持在GJB 181B—2012標準要求的范圍之內。圖9表示了系統具有很高的輸出功率跟蹤能力，指定功率在30～50 kW范圍內變化的條件下，系統不僅可以將輸出電壓穩定在標準范圍內，還可以完成對指定功率的跟蹤，具有滿足要求的調壓控制能力。這說明可以利用此平臺進行航空三級式發電系統的故障診斷和狀態監控研究。

4 結束語

航空三級式發電系統的故障診斷和狀態監控研究有利于增強飛機電力系統的穩定性，提高飛機電力系統的生命力。面對航空三級式發電系統故障診斷和狀態監控研究中的傳統難點，旋轉整流器故障和主發電機匝間短路故障無法利用傳統手段獲得相關故障信號，可以建立硬件在環測試平臺對其進行研究。本文分析了系統的非線性關系和信號傳遞邏輯，利用電流-磁鏈神經網絡解決了電機的線性關系，提出了變參數平均值模型的改進型，解決了旋轉整流器輸出電壓降問題，并結合調壓控制器分析了全系統的信號傳遞邏輯，構建了航空三級式發電系統的非線性模型。在此基礎上，搭建了航空三級式發電系統的硬件在環測試平臺，利用GJB 181B—2012標準對平臺進行了供電品質檢驗，平臺輸出滿足要求。本文所搭建的平臺在有效性與控制能力方面均表現良好，可用于航空三級式發電系統的故障診斷和狀態監控研究，加快了飛機智慧電網的形成。

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（編輯 杜秀杰）