一种适用于航空电力系统的半物理阻抗测量系统及方法与流程

本发明涉及但不限于半物理试验，尤指一种适用于航空电力系统的半物理阻抗测量系统及方法。

背景技术：

1、在多电飞机(以电力作为主要二次能源的飞机)的发展背景下，230v变频交流电力系统因其大容量、宽变频获得了广泛的应用。但由于功率电子器件驱动的电力作动器和变换器负载的不断增多，易对飞机供电系统带来大扰动暂态过电压、过电流冲击，严重威胁飞机电力系统的稳定性。

2、目前针对航空电力系统多采用基于阻抗模型的频域分析方法来判断系统稳定性。该方法需在建立dq坐标系下的小信号阻抗模型后求解开环和闭环端口特性，根据各子系统的阻抗模型推导系统的等效环路增益，方程阶次较高，分析过程复杂，计算量大，在一定程度上并不适用于工程上的产品测试阶段。

技术实现思路

1、本发明的目的：为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种适用于航空电力系统的半物理阻抗测量系统及方法，以解决针对航空电力系统稳定性的现有判断方式，由于采用基于阻抗模型的频域分析方法，存在方程阶次较高，分析过程复杂，计算量大，在一定程度上并不适用于工程上的产品测试阶段等问题。

2、本发明的技术方案：本发明实施例提供一种适用于航空电力系统的半物理阻抗测量系统，包括：rt-lab仿真子系统、至少1个控制器物理子系统、接口转换物理子系统、运行在rt-lab仿真子系统上的至少1个电机物理模拟子系统；

3、其中，所述rt-lab仿真子系统通过接口转换物理子系统连接每个所述控制器物理子系统，用于将航空电力系统中的部分功能以控制器物理子系统的形式替换，得到半物理阻抗测量系统；

4、每个所述控制器物理子系统，用于驱动运行在rt-lab仿真子系统上的对应电机物理模拟子系统，且每个控制器物理子系统回采对应电机物理模拟子系统的状态；通过电机物理模拟子系统与控制器物理子系统之间的交互形成完整的半物理阻抗测量系统；

5、所述半物理阻抗测量系统，用于通过rt-lab仿真子系统实现航空电力系统的供电特性和工况模拟，并提供t-lab仿真子系统与各控制器物理子系统之间的阻抗测量环境，并且在电机物理模拟子系统与控制器物理子系统的交互过程中，进行扰动注入和阻抗测量。

6、可选地，如上所述的适用于航空电力系统的半物理阻抗测量系统中，所述rt-lab仿真子系统内部设置有cpu核和fpga核，所述半物理阻抗测量系统还包括：运行于rt-lab仿真子系统上的同步扰动注入模块；

7、所述同步扰动注入模块，用于采用锁相环实时采集测量点工作频率，判断是否满足奈奎斯特采样准则；若满足，则扰动注入点保持运行在cpu核中，若不满足，则将扰动注入点移至fpga核中；确定出扰动注入的起始频率点、终止频率点和关键频率点，在各个频率点之间的区间划分频率间隔，并依据不同频段设定不同的扰动注入幅值。

8、可选地，如上所述的适用于航空电力系统的半物理阻抗测量系统中，

9、所述同步扰动注入模块，还用于将所有频率点、频率间隔、扰动注入幅值采用动态变量表模式存储，以通过修改动态变量表中的各项参数实施修改频率点、频率间隔、扰动注入幅值，从而在半物理阻抗测量系统运行过程中动态获取数据，并改变变量值，从而进行扰动的同步实时更改。

10、可选地，如上所述的适用于航空电力系统的半物理阻抗测量系统中，还包括：运行于rt-lab仿真子系统上的实时采样记录模块：

11、所述实时采样记录模块，用于在rt-lab仿真子系统实施仿真的过程中记录信息，使用触发器控制数据流，从而从rt-lab仿真子系统中加载数据；当回馈信号运行在cpu核中时，直接采集记录；当回馈信号运行在fpga核中时，通过配置的总线将运行在fpga核中的回馈电压或电流测量后输出，并控制cpu核中所搭建的可控电压源或可控电流源，实现fpga核中回馈信号的采集记录。

12、可选地，如上所述的适用于航空电力系统的半物理阻抗测量系统中，还包括：异步数据处理模块；

13、所述异步数据处理模块，用于实时阻抗测量后的分析处理，根据系统特性，采用不同的比例系数提取频率点数据，分别获取输出阻抗和输入阻抗的幅值和相位，绘制不同频率点下的阻抗波特图和奈奎斯特图。

14、可选地，如上所述的适用于航空电力系统的半物理阻抗测量系统中，还包括：解耦/分核优化模块；

15、所述解耦/分核优化模块，用于rt-lab仿真子系统的大幅度降阶，包括：采用状态空间节点法对rt-lab仿真子系统进行分割计算，进而计算分割后子系统的戴维南等值阻抗，并进行实时匹配。

16、可选地，如上所述的适用于航空电力系统的半物理阻抗测量系统中，

17、所述控制器物理子系统包括：发电机控制器物理子系统、泵电机控制器物理子系统、作动电机控制器物理子系统；

18、对应的电机物理模拟子系统包括：发电机物理模拟子系统、泵电机物理模拟子系统、作动电机物理模拟子系统。

19、本发明实施例还提供一种适用于航空电力系统的阻抗快速测量方法，其特征在于，通过构建如上述任一项所述的半物理阻抗测量系统对航空电力系统的进行阻抗快速测量方法，所述阻抗快速测量方法包括：

20、步骤1，rt-lab仿真子系统通过接口转换物理子系统实现与各控制器物理子系统之间的信号匹配；

21、步骤2，rt-lab仿真子系统将航空电力系统中的部分功能以控制器物理子系统的形式替换，得到半物理阻抗测量系统；

22、步骤3，所述半物理阻抗测量系统中的各控制器物理子系统驱动运行在rt-lab仿真子系统上的对应电机物理模拟子系统，并回采对应电机物理模拟子系统的状态，从而在电机物理模拟子系统与控制器物理子系统的交互过程中，进行扰动注入和阻抗测量。

23、可选地，如上所述的适用于航空电力系统的阻抗快速测量方法中，所述步骤3中，进行扰动注入的方式为：

24、采用锁相环实时采集测量点工作频率，判断是否满足奈奎斯特采样准则；若满足，则扰动注入点保持运行在cpu核中，若不满足，则将扰动注入点移至fpga核中；确定出扰动注入的起始频率点、终止频率点和关键频率点，在各个频率点之间的区间划分频率间隔，并依据不同频段设定不同的扰动注入幅值；

25、其中，所有频率点、频率间隔、扰动注入幅值采用动态变量表模式，以通过修改动态变量表中的各项参数实施修改频率点、频率间隔、扰动注入幅值，从而在半物理阻抗测量系统运行过程中动态获取数据，并改变变量值，从而进行扰动的同步实时更改。

26、可选地，如上所述的适用于航空电力系统的阻抗快速测量方法中，所述步骤3中，进行阻抗测量的方式为：

27、s1，在rt-lab仿真子系统实施仿真的过程中记录信息，使用触发器控制数据流，从而从rt-lab仿真子系统中加载数据；

28、s2，采用不同的比例系数提取频率点数据，分别获取输出阻抗和输入阻抗的幅值和相位，绘制不同频率点下的阻抗波特图和奈奎斯特图。

29、本发明的有益效果：本发明实施例提供的适用于航空电力系统的半物理阻抗测量系统，以及采用该半物理阻抗测量系统执行的阻抗快速测量方法，采用该方法可快速对航空产品硬件在环的航空电力系统进行阻抗测量。相比单纯的阻抗理论求解(即数学推导，非数学建模)，不需要深究器件内部的交联关系，进行复杂的数学运算，只需要关注测试端口，调用已封装好的测量模块，操作简单快捷。相比纯数字仿真方法，采用本发明实施例形成的半物理阻抗测量系统实施阻抗快速测量方法，考虑了核心控制硬件的影响，置信度高，且可做到实时模拟，可保证系统阻抗测量的快速性。此外，依据本发明实施例的方式搭建的半物理阻抗测量系统具有一定的兼容性和扩展性，可实现系统级联下的阻抗快速测量，测量输出的结果简明直观，可直接判断产品关键参数的改变对阻抗的影响趋势，进而在确保系统稳定的条件下快速调整产品参数，提升产品开发测试效率、降低产品研制成本。