本发明属于航空电气系统领域，涉及一种适用于航空作动类电驱动系统的能量回馈装置及控制方法。
背景技术：
随着多电全电技术的发展，使得一些航空设备由液压和气压驱动逐渐向电驱动过渡，如各类作动器、发动机的反推装置等作动类设备。航空作动类设备具有短时、大功率的负载特性，一些特殊工况还要求电驱系统在四象限内运行，当电驱系统运行在制动发电状态时会产生回馈电能，对电网产生冲击。为实现电驱系统的四象限运行，降低能量回馈对电网的影响，目前主要采用能耗制动方式将回馈的能量消耗掉，即通过内置或外加制动电阻的方法将电能全部消耗在大功率电阻器中，该方式会使电驱系统发热量增加，从而增加电驱系统散热设备空间和散热噪声，并且无法实现回馈电量的再利用，电能利用率低。
技术实现要素：
为了提高机载电驱动系统的效率，使能量利用效率最大化，同时减小电驱系统运行过程中对电网稳定性的影响，本发明提出了一种航空电驱动系统用能量回馈装置及控制方法。
本发明的技术方案为：
所述一种航空电驱动系统用能量回馈装置，包括储能单元、双向dc/dc变换器、信号采样电路、pwm逻辑控制电路及驱动电路；
所述储能单元用于存储航空电驱动系统回馈能量；
所述双向dc/dc变换器实现储能单元和航空电驱动系统间的能量传递；
所述信号采样电路采集航空电驱动系统的母线电压、储能单元端电压和储能单元充放电电流；
所述pwm逻辑控制电路根据采样结果产生控制双向dc/dc变换电路的pwm控制信号；
所述驱动电路将pwm逻辑控制电路输出的控制信号转换成双向dc/dc变换器中两个开关管的驱动信号，并输出给双向dc/dc变换器。
进一步的，所述双向dc/dc变换器采用非隔离式双相dc/dc变换器电路。
进一步的，所述pwm逻辑控制电路产生的pwma和pwmb两路控制信号为互非的两路控制信号，其中pwma信号使双向dc/dc变换器工作在buck电路模式，对储能单元进行恒流充电；pwmb信号使双向dc/dc变换器工作在boost电路模式，释放储能单元的能量来平滑航空电驱动系统的母线电压。
具体控制方法如下：
所述能量回馈装置挂接在航空电驱动系统直流母线上；
航空电驱动系统上电工作时，机上直流电源加载到直流母线p、n端，并对能量回馈装置的储能单元进行预充电：当储能单元端电压低于预设值ucl时，由pwm逻辑控制电路产生控制信号经驱动电路后输出pwma信号，双向dc/dc变换器工作在buck电路模式，对储能单元进行恒流充电；直至储能单元端电压充至预设值ucl，预充电过程结束，此时关断双向dc/dc变换器的两个开关管q1、q2，能量回馈装置处于待机状态；
航空电驱动系统运行过程中，当整个系统负载端出现加载或突然加速导致p、n端母线电压upn出现波动时，若检测到母线电压upn跌落到下限阈值ul时，pwm逻辑控制电路产生控制信号经驱动电路后输出pwmb信号，双向dc/dc变换器工作在boost电路模式，释放储能单元的能量来平滑p、n母线端的电压，当母线电压upn高于额定值ud时，停止放电，此时关断q1、q2，能量回馈装置回到待机状态；
当航空电驱动系统负载端电机由高速运行到急停或运行在制动状态时，会有能量回馈到母线上导致p、n端母线电压upn骤升；若检测到母线电压upn上升到上限阈值uh时，pwm逻辑控制电路输出pwma信号，使双向dc/dc变换器工作在buck模式，为储能单元充电储能，当母线电压upn低于额定值ud时，停止放电，此时关断q1、q2，能量回馈装置回到待机状态；为储能单元充电储能过程中，若回馈能量较大，使储能单元端电压高于其上限阀值uch时，也关断q1、q2，能量回馈装置回到待机状态，电机驱动系统回馈的剩余能量由其自身的能耗电阻消耗掉。
有益效果
本发明提出的航空电驱动系统用能量回馈装置可将电驱系统运行在制动发电状态时产生的回馈电能存储到储能设备中，以减小回馈电能对电网的影响，提高电源品质；并在电驱系统运行在电动状态、电机加速或直流电源突然断电时将储能设备中的能量返回到电驱系统，实现能量的回收及再利用，提高电能利用率。同时大大减少电驱动系统的发热量，节省冷却设备空间、节约成本、减小噪声，为未来更加绿色环保的全电飞机的研究提供技术基础和研究基础。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：能量回馈装置结构图；
图2：能量回馈电机驱动系统。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明目的是提高机载电驱动系统的效率，使能量利用效率最大化，同时减小电驱系统运行过程中对电网稳定性的影响，为此，本发明提出的航空电驱动系统用能量回馈装置以储能单元和非隔离式双相dc/dc变换器电路来实现电驱系统能量反馈利用的功能。如图1所示，航空电驱动系统用能量回馈装置主要包括储能单元、双向dc/dc变换器、信号采样电路、pwm逻辑控制电路及驱动电路。
储能单元用于电驱系统回馈能量的存储；双向dc/dc变换器采用非隔离式双相dc/dc变换器电路实现储能单元和电驱系统间的能量传递；信号采样电路通过传感器采集母线电压、储能单元端电压和充放电电流；pwm逻辑控制电路根据采样结果产生控制双向dc/dc变换电路的pwm控制信号；驱动电路将pwm逻辑控制电路输出的控制信号转换成双向dc/dc变换器中两个开关管的驱动信号，并输出给双向dc/dc变换器。
如图2所示，能量回馈装置挂接在电机驱动系统直流母线上，电机运行的过程中，直流母线电压upn会发生变化，能量回馈装置能够在动态过程中充放电，来维持母线电压upn的相对恒定，同时起到储能的作用。能量回馈装置还能够在机上直流电源突然断电时，提供额定输出电压ud，供电机驱动系统继续运行一段时间，实现能量的回收及再利用。能量回馈装置还能够随时从直流母线上切除，不会对原系统造成影响。
能量回馈装置通过双向dc/dc变换器实现储能单元和电驱系统间的能量传递，变换器可以工作在buck和boost模式，工作模式决定了能量传递的流向，工作模式是由q1和q2的占空比决定的。能量回馈装置控制所需要的物理量为母线电压、储能单元端电压和储能单元充放电电流(方便进行恒流充电)，其中电压信号通过电压传感器采集，充放电电流通过电流传感器采集。pwm逻辑控制电路将采集的各个物理量进行逻辑分析产生控制信号，经驱动电路后输出相应pwm信号，控制不同工作模式的自由切换，实现能量的双向流动。
具体控制方法如下：
上电工作时，机上直流电源加载到直流母线p、n端，先对能量回馈装置的储能单元进行预充电：当储能单元端电压低于预设值ucl时，由pwm逻辑控制电路产生控制信号经驱动电路后输出pwma信号，双向dc/dc变换器工作在由q1、d2、l1、c2组成的buck电路模式，对储能单元进行恒流充电；pwma和pwmb为互非的两路控制信号，防止q1、q2管直通，直至储能单元端电压充至预设值ucl，预充电过程结束，此时关断q1、q2，能量回馈装置处于待机状态。
运行过程中，整个系统负载端出现加载或突然加速时会导致p、n端母线电压upn的波动，若系统检测到母线电压upn跌落到下限阈值ul时，pwm逻辑控制电路产生控制信号经驱动电路后输出pwmb信号，双向dc/dc变换器工作在由d1与q2、l1、c1组成的boost电路模式，释放储能单元的能量来平滑p、n母线端的电压，当母线电压upn高于额定值ud时，停止放电，此时关断q1、q2，能量回馈装置回到待机状态。
当负载端电机由高速运行到急停或运行在制动状态时，会有能量回馈到母线上导致p、n端母线电压upn骤升，若系统检测到母线电压upn上升到上限阈值uh时，控制电路输出pwma信号，使双向dc/dc变换器工作在buck模式，为储能单元充电储能，当母线电压upn低于额定值ud时，停止放电，此时关断q1、q2，能量回馈装置回到待机状态。该过程中，若回馈能量较大，使储能单元端电压高于其上限阀值uch时，也关断q1、q2，能量回馈装置回到待机状态，电机驱动系统回馈的剩余能量由其自身的能耗电阻消耗掉。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
1.一种航空电驱动系统用能量回馈装置，其特征在于：包括储能单元、双向dc/dc变换器、信号采样电路、pwm逻辑控制电路及驱动电路；
所述储能单元用于存储航空电驱动系统回馈能量；
所述双向dc/dc变换器实现储能单元和航空电驱动系统间的能量传递；
所述信号采样电路采集航空电驱动系统的母线电压、储能单元端电压和储能单元充放电电流；
所述pwm逻辑控制电路根据采样结果产生控制双向dc/dc变换电路的pwm控制信号；
所述驱动电路将pwm逻辑控制电路输出的控制信号转换成双向dc/dc变换器中两个开关管的驱动信号，并输出给双向dc/dc变换器。
2.根据权利要求1所述一种航空电驱动系统用能量回馈装置，其特征在于：所述双向dc/dc变换器采用非隔离式双相dc/dc变换器电路。
3.根据权利要求1所述一种航空电驱动系统用能量回馈装置，其特征在于：所述pwm逻辑控制电路产生的pwma和pwmb两路控制信号为互非的两路控制信号，其中pwma信号使双向dc/dc变换器工作在buck电路模式，对储能单元进行恒流充电；pwmb信号使双向dc/dc变换器工作在boost电路模式，释放储能单元的能量来平滑航空电驱动系统的母线电压。
4.利用权利要求1所述能量回馈装置实现航空电驱动系统能量回馈的方法，其特征在于：
所述能量回馈装置挂接在航空电驱动系统直流母线上；
航空电驱动系统上电工作时，机上直流电源加载到直流母线p、n端，并对能量回馈装置的储能单元进行预充电：当储能单元端电压低于预设值ucl时，由pwm逻辑控制电路产生控制信号经驱动电路后输出pwma信号，双向dc/dc变换器工作在buck电路模式，对储能单元进行恒流充电；直至储能单元端电压充至预设值ucl，预充电过程结束，此时关断双向dc/dc变换器的两个开关管q1、q2，能量回馈装置处于待机状态；
航空电驱动系统运行过程中，当整个系统负载端出现加载或突然加速导致p、n端母线电压upn出现波动时，若检测到母线电压upn跌落到下限阈值ul时，pwm逻辑控制电路产生控制信号经驱动电路后输出pwmb信号，双向dc/dc变换器工作在boost电路模式，释放储能单元的能量来平滑p、n母线端的电压，当母线电压upn高于额定值ud时，停止放电，此时关断q1、q2，能量回馈装置回到待机状态；
当航空电驱动系统负载端电机由高速运行到急停或运行在制动状态时，会有能量回馈到母线上导致p、n端母线电压upn骤升；若检测到母线电压upn上升到上限阈值uh时，pwm逻辑控制电路输出pwma信号，使双向dc/dc变换器工作在buck模式，为储能单元充电储能，当母线电压upn低于额定值ud时，停止放电，此时关断q1、q2，能量回馈装置回到待机状态；为储能单元充电储能过程中，若回馈能量较大，使储能单元端电压高于其上限阀值uch时，也关断q1、q2，能量回馈装置回到待机状态，电机驱动系统回馈的剩余能量由其自身的能耗电阻消耗掉。
技术总结