飞机直流发电机电压控制器的设计与实验
民用飞机辅助发电机多功能试验装置的设计与实现
ａ ｌ ｓ ｏ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｏ ｉ ｌ ｌ ｆ ｏ ｗ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ Ａ Ｐ Ｕ Ｇ Ｅ Ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｌ ｙ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｌ ｏ ｃ ｋ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ １ ．Ｔ ｈ ｅ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ
ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ．Ｔｈ ｅ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｒ ｅ ｍｏ ｔ ｅ ｌ ｙ ｉ ｓ ｎ ｏ ｔ ｏ ｎ ｌ ｙ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｆ ｕｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｂ ｕｔ
（ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ２ １ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
摘
要：
根 据 民用 飞机辅 助 发 电机 （ Ａ Ｐ Ｕ Ｇ Ｅ Ｎ） 试 验需 求 ， 设 计 并 实现 了专 用于 Ａ Ｐ Ｕ Ｇ Ｅ Ｎ试验 的 Ａ Ｐ Ｕ Ｇ Ｅ Ｎ多功 能试
验 装置 ， 该 装置 可远 程操 控 ， 不仅 具有 冷 却 功 能 和加 热 保 温 功 能 ， 而且 还 具 有 润 滑 油 流量 连续 可 调 节 功 能 、
联 锁控 制 以及保 护 功能 ， 能 较好 地满 足 Ａ Ｐ Ｕ Ｇ Ｅ Ｎ 的试 验需 求 。该装 置 的成功 实 现 ， 不仅 保 障 了 民用 飞 机 电
直流电机控制器设计说明书
直流电机控制器设计说明书1.1 设计思想直流电机PWM 控制系统主要功能包括：直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便读出电机转速的大小，能够很方便的实现电机的智能控制。
其间，还包括直流电机的直接清零、启动、暂停、连续功能。
该直流电机系统由以下电路模块组成：振荡器和时钟电路：这部分电路主要由89C51单片机和一些电容、晶振组成。
设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。
设计控制部分：主要由89C51单片机的外部中断扩展电路组成。
设计显示部分：包括液晶显示部分和LED 数码显示部分。
LED 数码显示部分由七段数码显示管组成。
直流电机PWM 控制实现部分：主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。
1.2 系统总体设计框图直流电机PWM 调速系统以AT89C51单片机为核心，由命令输入模块、LED 显示模块及电机驱动模块组成。
采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给直流电机驱动芯片发送PWM 波形，H 型驱动电路完成电机正，反转控制；同时单片机不停的将从键盘读取的数据送到LED 显示模块去显示，进而读取其速度。
1.3 程序设计流程图图1-2中断服务流程图2 总体硬件电路设计2.1 芯片介绍2.1.1 89C51单片机结构特点： 8位CPU ；片内振荡器和时钟电路； 32根I/O 线；外部存贮器寻址范围ROM 、RAM64K ； 2个16位的定时器/计数器； 5个中断源，两个中断优先级； 全双工串行口；图1.2 定时中断服务流程图布尔处理器。
图2-1 89C51单片机引脚分布图2.1.2 RESPACK-8排阻RESPACK-8是带公共端的8电阻排，它一般是接在51单片机的P0口，因为P0口内部没有上拉电阻，不能输出高电平，所以要接上拉电阻。
图2-2 RESPACK-8引脚分布图2.1.3 驱动器L298L298是双电源大电流功率集成电路，直接采用TTL逻辑电平控制，可用来驱动继电器，线圈，直流电动机，步进电动机等电感性负载。
飞机配电系统
由馈电电缆、汇流条、配电板组成的设备
01 发展概况
03 配电器件
目录
02 配电方式 04 系统组成
目录
05 系统的控制
07 发展趋势
06 基本要求
飞机配电系统的主要功能是将飞机发电机产生的电能以不同的线制、不同的配电方式传输到汇流条，再通过 汇流条到用电设备。飞机配电系统除了配置系统外还包含控制和保护电路。在直流供电系统的飞机上，配电系统 采用单线制或双线制。在单线制电中，发电机和用电设备正端采用导线(或汇流条)连通，飞机的金属壳体作为负 线。在双线制电中，发电机和用电设备的正端、负端均采用导线(或汇流条)线连通。前者的优点是减少导线重量， 缺点是任一导线与机壳相碰，会发生短路。采用双线制可以避免短路，但是导线重量增加。
谢谢观看
③保护电器：包括熔断器、断路器和保护继电器等。工作原理与工业用器件相似，但为了满足体积、重量以 及各种恶劣条件下工作的要求，两者在结构上却大不相同。飞行过程中不可能更换器件，因而飞机电中大量采用 可重复工作的热断路器或磁断路器等。在飞行中有时需要强制某些设备通电而不惜其本身的损坏，因而断路器的 结构也具有非自由脱扣与自由脱扣两种形式。
飞机配电系统的配电方式可分为集中、混合、分散和独立4种。
集中配电的主要优点是当一台发电机损坏时，用电设备仍能由其他发电机继续供电，操作维护方便。
混合式供电的原理是由电源产生的电能都输送给中心配电装置，一般系统的电源汇流条均设置于此装置中。 除中心配电装置外，系统还设有分配电装置，它们安装在飞机不同部位。各用电设备可分别就近由上述两种配电 装置获取电能；而一些大功率用电设备，一般由中心配电装置供电。
④固态功率控制器：为适应固态配电方式而研制的兼有控制、保护、指示等多种功能的电器，分为混合式 （由电子器件和电磁接触器组成）和全固态（全部由电子器件构成）两种形式。
第2章 飞机电源系统直流电源
影响负载分配的因素(续1)
⑵ 发电机调节点调定电压— a. 调定电压低,蓄电池在负载电流较小时就 开始放电—使电池容量减小,失去应急电源 的作用. b. 调定电压太高,蓄电池一直处于充电状 态—造成能量浪费.
影响负载分配的因素(续2)
⑶ 蓄电池的充放电程度—蓄电池充电不足 时,充电电流大. 后果:降低电池寿命,且在负载较小时就使 发电机过载.若发电机故障不能供电,蓄电 池也不能起应急电源的作用. 结论:未充足电的蓄电池不应装机使用.
磁力Fe反方向.
炭片调压器(续3)
调压原理: U↑→电磁力↑→衔铁左移→炭柱拉伸→电阻↑→ 电压↓ 炭片调压器特点:精度低,功耗大,稳定性差, 受温度影响大.
δ
Fs
Fm
Fc
Fe
U
2.3 直流发电机与蓄电池的并联
一,发电机与蓄电池并联工作时的负载分配 正常情况:发电机向负载供电,并向BAT充电; 异常情况:发电机过载;BAT放电;
DR
反流保护器/极化继电器原理
功能: 当发电机极性正确,电压Ug高于电网电压Un 一定值时,GCB接通;反流Ir达到一定值 时,使GCB断开. 组成: 压差线圈W1—匝数多,电阻大,敏感△U 反流线圈W2— 1～2匝,电阻小,敏感反流
极化继电器原理
当Ug>Un时,衔铁逆向偏转,GCB吸合; 当Ug<Un时,有反流流过线圈W2.当反流Ir达到 15～35A时,衔铁顺向偏转,GCB断电释放.
I1
R+1
R1
I
R
R1
Rp
I2
R+ 2
Rp
U1
G1
A
R1
R3
R241
R3
G2
《航空发动机控制》课程设计及综合实验指导书
《航空发动机控制》课程设计及综合实验指导书张天宏编南京航空航天大学能源与动力学院系统控制与仿真研究室2004年12月目录1．引言 (3)2．课程设计任务单 (5)2．1 示例1 (5)2．2 示例2 (6)2．3 示例3 (7)2．4 示例4 (8)2．5 示例5 (9)3．课程设计专题指导 (10)3．1“数字电子控制器总体设计”课程设计指导 (10)3．2“数字电子控制器控制算法设计”课程设计指导 (13)3．3“数字电子控制器的实现与验证”课程设计指导 (15)3．4“串行通信接口设计”课程设计指导 (17)3．5 “典型功能电路模块设计”课程设计指导 (19)4．常用参考资料 (21)4．1“数字电子控制器总体设计”参考资料 (21)4．2 “数字电子控制器控制算法设计”参考资料 (31)4．3“数字电子控制器的实现与验证”参考资料 (40)4．4“串口通信接口设计”参考资料 (55)4．5“典型功能电路模块设计”参考资料 (64)图4.5-4 运算放大器引脚图 (68)4．6 电路设计软件Protel 99简介 (76)4．7 Multisim 2001简介 (78)4．8其他参考电路图 (80)1．引言“航空发动机控制”是飞行器动力工程专业的一门主干专业课程，它包括“发动机控制元件”和“发动机控制系统”两部分内容。
在过去的几十年间，南航飞行器动力工程专业控制方向的专业课程设计，一直是针对某型航空柱塞泵进行相关的机械设计。
在新世纪教学改革思想的指导下，从提高教学效果、深化教育改革和全面推进素质教育的角度，提出了“航空发动机控制”课程设计的教学改革思路，并制定了实施办法。
新的课程设计采用全新的适用于“现代航空发动机控制”的教学体系，将原先的机械设计内容变革为电子控制系统设计。
学生通过综合应用发动机控制、电工电子学、自动控制、自动检测、计算机控制等课程的知识，进行一系列的工程实践。
该课程设计可以帮助学生提高学习兴趣，增强分析问题和解决问题的综合能力。
第三章_飞机低压直流电源系统
U r f + rc max
→
U r f + rc min rc 导致比较大的损耗，采用PWM控制，改变加
rc max rc min
I f max
=
在W f 上的平均电压，可以减小损耗。
1 励磁电流的脉宽调制控制
续流D，在V关断时提供通路。 没有D行不行？
+ Rj Wj Ec D Ec
励磁电流I f(A)
12
16
20
电流I(A)
空载特性曲线
外特性曲线
80 60 40 20 0
UN
0
200 400 600 800 1000
电流I ( A )
电流I(A)
不带调压器
带调压器
外特性：
• 电流增加，电枢回路的电 阻电压降上升，使端电压 下降 • 感应电势正比于每极磁通， 电流增加，电枢反应的去 磁作用会使每极磁通减少， 使感应电势下降，端电压 进一步下降。 • 对于 并励发电机，励磁绕 组和电枢绕组并联，端电 压的下降使励磁电流成正 比的减少，每极磁通降低， 感应电势和端电压进一步 降低。
损坏V。
+ Rj Wj D
ij
V ij
V _ (b)晶体管V截止，励磁电流经D续流
_
(a)晶体管V开通，励磁电流ij增长
图 5-15 晶体管调压器末级晶体管的接线图
损耗分析 （假设I f 平直） Pon = U ces I cs = U ces I f Von ： ：
E I L = U RL = RL +Ra
电 压 U
（v）
80
电压较高时： If大：磁路饱和
60
40
飞机电源系统课件
效率原则
电源系统应尽可能减少能源浪 费，确保能源高效利。
适应性原则
电源系统应能适应各种环境飞 行条件，包括高海拔、高温、
极寒等极端环境。
模块化设计
便维护升级，电源系统应采模 块化设计。
电源系统实现方案与流程
01
02
03
方案一
直流电源系统：采直流发 电机飞机提供电力，该方 案结构简单、成本低，但 维护较困难。
整流器由硅整流二极管组成，利二极 管单向导电性将交流电转换直流电。
变压整流器变压原理
当交流电通过变压器时，由电磁感应 原理，变压器次级线圈电压发生变化 。根据需可选择升压或降压。
电源系统控制与保护技术
电源系统控制技术
确保电源系统稳定运行，需采各种控制技术，如自动励磁调 节、自动电压调节、自动频率调节等。些控制技术可自动调 整发电机输出电压、频率相位，满足负载需求。
正常运行。
05
飞机电源系统发展趋势与展 望
飞机电源系统技术发展趋势
高压直流电源系统
布式电源系统
随着技术进步，高压直流电源系统飞机得 广泛应具更高效率可靠性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ布式电源系统将多小型发电机散布置飞机 提高电源系统可靠性冗余性。
电力电子与电力变换技术
能源多元化
电力电子与电力变换技术应使得飞机电源 系统能够实现更高效、灵活能源管理。
飞机电源系统维护与保养
日常维护
定期飞机电源系统进行检查，包括发电机、变压整流器、电缆等部件外观检查、性能测 试清洁保养。还需电源系统运行参数进行监控，确保其正常范围内。
定期保养
根据飞机使情况制造商推荐，制定定期保养计划。保养内容可能包括更换磨损部件、清 洗积炭、检查电气连接等。保养完成后，需进行全面功能测试性能评估，确保电源系统
标准航空电压
标准航空电压全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：标准航空电压是指航空器上用于供电的电气系统所使用的电压标准。
在航空领域中，电力在飞机上起着至关重要的作用，用于驱动各种设备和系统的正常运行。
标准航空电压的设定和维护对于飞机的安全和稳定运行至关重要。
标准航空电压通常是指直流电压，由飞机内部的发电机或电瓶提供。
通常情况下，标准航空电压为28伏，但也有一些飞机使用24伏或其他电压标准。
标准航空电压的确定是由国际民用航空组织（ICAO）和各国民航局根据飞机的设计和性能要求而制定的。
标准航空电压的设定应符合以下几个方面的要求：首先是安全性。
标准航空电压的设定必须能够保证飞机系统和设备的安全运行，避免电压过高或过低导致设备损坏或系统失效。
其次是稳定性。
标准航空电压应具有良好的稳定性，能够在飞行过程中保持恒定的电压输出，以保证飞机各系统的正常运行。
还需要考虑电压的可调性，以便在特定情况下能够调整电压输出来满足特定的需求。
在实际飞行中，标准航空电压的重要性不言而喻。
飞机上的各种航空电子设备、舱内照明、空调系统、飞行仪表等都需要正确的电压供应才能正常运行。
如果电压不稳定或者超出了设定范围，可能导致飞机系统故障，对飞行安全产生严重威胁。
为了确保标准航空电压的稳定性和可靠性，飞机上通常会配备多个电源系统，包括主电源和备用电源。
主电源通常由发动机驱动的发电机提供，备用电源则通常由独立的备用发电机或电池提供。
这样一旦主电源系统出现故障，备用电源系统可以及时接替，确保飞机系统和设备的正常运行。
标准航空电压的维护也是至关重要的。
航空电源系统需要定期检查和维护，确保发电机、变压器、控制器等设备正常运行。
同时还需要采取适当的防护措施，防止电路短路、过载等意外情况发生。
标准航空电压在飞机的安全运行中发挥着不可替代的作用。
只有通过科学合理的设定和维护，才能保证飞机系统和设备的正常运行，确保飞行安全。
航空电源系统虽然在飞行中不太引人关注，但却是飞机运行的重要保障，必须引起足够的重视和重视。
飞机直流电源系统分析报告
令
1etof f / j C1 1eT /j
1eton / j C2 1eT /j
AC1IjM B C2IjM
ij1IjM(1C1et/j ) 。
ij2 IjMC2etton/j
励磁电流平均值
Ij IjM T 1 0 to n1 C 1 e t/j d t tT o n C 2 e ( t to n ) /jd t I jM t T o n E r j C D C
❖ 直流U 电2 源I2 与R电2 网U 并n 联条件：电源极性和电网
相同，I电1 源I2电 I压和电网电压相同。
图3.4.1 两台直流发电机并联原理图
若调节器有调节误差又称静差，则调节点电压和调压器
调定电压U01、U02间的关系为
U1=U01－K1I1 U2=U02－K2I2
K
K
1 2
U 1 I1 U 2 I2
Ec
❖ 在导ij1通期Ij，M电A流e增t长j ，励磁I jM电流Er用jc ij1表 示j ，Lr jj
ij2rj
Lj
dij2 dt
0
ij2 Betton/j
❖ 在末A和级B管是积截分止常期数，间由，初始电条流件衰确定减。，励磁电流用 ij2表示，
AIjM Ij0
❖ 设t＝0时，ij1ij 1＝IjM ij 0，(IjM 则 ：Ij0)et/j
ij1IjM (IjM Ij0)eton/j
ij2 B
此时，ij1＝ij2
❖ t＝ton时，
BIjM (IjM Ij0)eton/j
ij2 IjM (IjM Ij0 )e to n /j e t to n /j
Ij0 eto1f f/ej Te/JT/j IjM
直流电机驱动控制实验
实验原理
直流电机的工作原理基于电磁感 应定律，通过磁场和电流的作用
力产生转矩，使电机转动。
控制器的功能是根据输入的信号 或指令，输出相应的电压或电流，
以改变电机的转速或方向。
驱动器的作用是将控制器输出的 信号转换为直流电机可以识别的 电压和电流，以驱动电机转动。
02
直流电机基础知识
直流电机简介
04
培养实验操作能力和分 析解决问题的能力。
实验设备
控制器
一个，用于控制直流电机的启 动、停止、调速和方向。
电源
一个，为直流电机和控制器提 供电源。
直流电机
一台，用于实验中的驱动对象。
驱动器
一个，用于将控制器发出的信 号转换为直流电机可以识别的 电压和电流。
测量仪表
若干，用于测量电机的电压、 电流、转速等参数。
连接电路
根据实验需求，正确连接电机、驱动器、控制器 和测量仪器。
启动与观察
启动电机，观察电机的实际表现，记录相关数据。
ABCD
设定参数
根据实验要求，设置电机的速度、方向、转矩等 参数，以及控制器的工作模式和参数。
调整与优化
根据实验结果，调整电机和控制器参数，优化电 机的性能表现。
数据记录与处理
数据记录
直流电机是一种将直流电能转 换为机械能的装置，广泛应用 于各种工业和民用领域。
直流电机主要由定子和转子两 部分组成，定子固定不动，转 子在定子内转动。
直流电机具有调速性能好、启 动转矩大、易于维护等优点。
直流电机的工作原理
直流电机通过磁场和电流的作用力实 现电能和机械能的转换。
通过改变电机的输入电压或电流，可 以调节电机的转速和转矩。
通过模拟电路搭建控制器，实现对电机的控制。这种方式简单、 成本低，但精度和稳定性较差。