基于自适应参数调整的航空电源车电力稳定控制方法

马建忠

（江苏航运职业技术学院，江苏 南通226010）

1 概述

航空电源车是机场上的移动发电站，其具备发电、供电功能。按照类型划分电源车分为有三种，分别为自行电源车、拖带电源车和固定电源车[1]。如果采用动力区分其则可分为两种，分别为动力型电源车和发动机电源车。目前航空使用的电源车以上述类型中的自行电源车为主，并且为发动机动力[2]。其主要的作用是飞机起飞前用于启动以及对飞机的各种电源进行检查，其对于飞机的性能和安全飞行起到直接的影响。因此，本文针对PI 控制器在航空电源车电力稳定控制过程中使用情况，研究基于自适应参数调整的航空电源车电力稳定控制方法，对PI 控制器参数实行优化，确定最佳参数，以此保证电源车电力的稳定。

2 基于自适应参数调整的航空电源车电力稳定控制

2.1 航空电源车电流控制系统

2.1.1 控制系统框架

控制航空电源车电流，是保证其电力稳定的主要手段。设电流整定值、实际值和测量值分别用Ido、Id和Idmeas表示；整流器触发角和电压值分别用α 和Ud(0)表示，且后者属于空载直流，并在有相空理想状态下[3]。

开环传递函数的描述公式，其为：

式中：G(s)、G1(s)、G2(s)、G3(s)分别表示四种环节，依次分别对应PI 控制、换流器、直流线路和测量。

2.1.2 PI 控制

PI 控制环节是控制系统的主要环节，PI 控制器在对航空电源车电流控制过程中，发生动作的条件是Ido小于Idmeas、α 变大。其传递函数求解公式为：

式中：PI 的比例系数用Kp表示；积分系数用Ki表示，且两者均为可调整参数。

2.2 参数调整优化原理

在保证航空电源车电力稳定的基础上，确定最优控制参数，可提升系统的相应性能，该参数的寻找范围是在Kp和Ki的可行域空间中完成[4]。

由于时间和绝对误差积分的乘积性能指标J 具备良好的实用性，因此将其作为PI 参数的最佳调整方法，J 作为衡量稳态误差和调节时间的综合性能指标，其计算公式为：

其中：系统的输入用r(t)表示，e(t)表示其与实际输出的差值；u(t)和y(t)分别表示控制系统的控制量和输出。

2.3 基于自适应量子粒子群算法的参数调整

传统粒子群算法在执行过程中，存在收敛性较慢、稳定性较差等问题，是由于其自动默认全部粒子的惯性权重w 等同导致。因此，为提升收敛性和稳定性，w 的选择需依据粒子自身和全局最佳结果的距离差异实行确定[5]，则w 的调整公式为：

式中：最大和最小惯性权值分别用wmax和wmin表示；fit(x)、fitw和fitb分别表示三种适应度，依次对应为粒子、最差粒子以及最佳粒子。利用上述调整公式，完成参数w 的调整，可在较大程度上提升算法的性能，使控制系统的控制性能更佳。

2.4 寻优步骤

基于自适应量子粒子群算法的参数调整的详细步骤如下所述：

2.4.1 粒子群初始化：该过程包含w 调整、η2的调整、Kp、Ki、Kd的调整。

2.4.2 对粒子的位置和速度实施更新。

2.4.3 计算粒子的函数适应度值Ji。如果Ji的位置比最佳粒子位置好，那么用Ji替换最佳粒子位置；如果Ji的位置比最佳适应值好，那么用Ji替换最佳适应值。

2.4.4 判断算法是否符合停止条件，符合转至步骤2.4.7 ，反之转至下一步。

2.4.5 对算法的停滞实行判断，如果停止转至下一步，反之回转至步骤2.4.3 。

2.4.6 w 的调整需根据粒子适应度值的差异而确定各自的自适应调整策略。

2.4.7 输出最优值。

3 测试分析

选取某机场使用的发电机类型航空电源车为研究对象，测试本文方法在参数调整后的电力稳定控制效果。该研究对象的交流为115V、直流为28V，电压为220V，频率为400Hz，且为三相交流电系统。电力稳定控制标准为：整流侧直流电流整定值的控制波动范围标准为小于0.2；阶跃控制波动范围标准为小于0.25。

实验采用Matlab/Simulink 软件完成，粒子群规模55，最大迭代次数120，加速常数为2.5，惯性权重范围（0.51，0.97），粒子维数2。

3.1 参数调整后的电流阶跃响应测试

为分析本文方法参数调整后的控制性能，整流侧和逆变侧直流电流阶跃响应变化曲线，结果见图1。

图1 控制结果曲线变化测试结果

根据图1 测试结果可知：参数调整前的整流侧和逆变侧直流电流阶跃响应变化曲线均波动显著，波动范围均超出标准期望范围；参数调整后的整流侧和逆变侧直流电流阶跃响应变化曲线变化相对平稳，波动范围均在期望标准范围内。该结果表明：本文方法在对相应参数实行调整后，可显著保障航空电源车电流阶跃稳定性。

3.2 电力稳定控制效果测试

电力的稳定控制是方法最终的实现目标，为衡量本文方法对电力稳定性的最终控制结果，以参数调整前后研究对象的直流电流和电压为衡量指标，测试本文方法的电力稳定控制结果，见图2。

图2 电力稳定性测试结果

根据图2 测试结果可知：参数调整前控制后的电压和电流的波动明显，范围较大；参数调整后的电压和电流的波动范围明显减小，均在标准的电压值220V 和电流值28A 上下波动。该结果表明参数调整后，对于航空电源车电力稳定性的控制效果更佳，满足控制期望需求。

结束语

PI 控制器在实行航天电源车电力稳定控制过程中，其参数的取值对于控制效果具备直接影响，本文提出基于自适应参数调整的航空电源车电力稳定控制方法，提升PI 控制器对于电力稳定控制的性能，并对其的实际应用进行测试，结果表明：参数调整后，PI 控制器的相关控制参数均为全局最佳值，显著提升控制器的控制性能，最大程度保证电力稳定性的控制。