在今天的飞机上，液压和气动作动系统正日益被电气系统所取代。主要飞行控制面(如副翼和升降舵)的执行器，以及起落架、制动系统和燃料输送系统的执行器，现在都由电力电子驱动。驱动这些执行器的电动机需要体积小、重量轻、价格便宜。它们还需要在5万至15万小时的正常飞行运行和各种故障条件下可靠地运行。
为了满足这些要求，Microsemi航空卓越中心正在开发一系列基于功率核心模块(PCM)的智能电源解决方案™(IPS)，该模块由MATLAB设计和测试万博 尤文图斯®和模拟万博1manbetx®．基于模型的设计使我们能够将设计推向极限，因为我们可以模拟故障，优化性能，并在开发过程的早期对电机驱动硬件和控制软件进行实时可靠性测试，从而降低风险。
PCM的建模和运行闭环仿真
一种完整的电力电气控制单元，包括脉宽调制(PWM)控制、数据转换和通信功能;过滤和保护;三相永磁同步电机(PMSM)驱动;一个控制模块;和一个监测模块(图1)。电机电流、电机转速和执行器位置被输入到监测模块，控制模块使用这些信息来指导PCM加速或减速电机。因为这是一种新的设计，我们不得不在没有可用的监控模块或控制模块的工作版本的情况下开发PCM。
我们在Simulink中对PCM建模，使用S万博1manbetximscape Power Systems™和Simscape Electronics™对三相PMSM驱动器、电子组件以及控制和监控模块建模。然后，我们进行了闭环模拟，以描述系统的电气和机械行为。
接下来，我们使用Simulink Coder™和Simulink Real-Time™将这三种模型部署到SpeedGoat目标系统中的Spartan-6 FPGA（图2）。万博1manbetx模块通过低压差分信令（LVDS）接口进行通信。在一个测试设置中，PCM控制器和其他模块都在目标硬件上运行以进行实时测试。在一个不同的设置中，我们将控制器部署到PCM上的ProSic3 FPGA，并使用执行控制和监视模块的功能的目标硬件系统运行硬件循环测试。我们使用两个测试设置测试了正常操作。我们还测试了控制器对多个故障条件（包括电机故障）的响应，以执行故障模式，效果和关键性分析。
在真实世界条件下测试真实世界的飞行轮廓
要在现实的航班配置文件下展示PCM，我们开发了Simulink和StateFlow万博1manbetx®将飞行特性转换为驱动系统的电气和机械要求的模型。例如，当飞机经历滑行、起飞、上升、巡航、下降、接近和降落等典型飞行阶段时，副翼执行器对马达电流的需求就会发生显著变化。我们使用Simulink和Stateflow任务和飞行剖面模型进行的万博1manbetx模拟使我们能够准确估计特定飞机上副翼和其他组件的电机电流需求(图3)。
对于我们的可靠性测试，我们基于飞行型材仿真结果产生了飞机特定电机电流需求。我们使用改变压力和温度的环境腔室。例如，波士顿的环境温度远低于夏季迪拜的环境温度，我们的测试必须考虑到这一点。通过环境室，我们可以将系统暴露于-55°Celsius的温度和小于0.2巴的压力（在39,000英尺和更高的海拔高度常见的条件）。长期可靠性测试代表150,000个飞行时间需要仔细监测和彻底分析结果。我们在Matlab中进行该监测和数据分析。
我们学到了什么
通过我们的广泛建模和仿真，我们建立了基于碳化硅（SIC）MOSFET的电机驱动器的单元在大约40°Celsius的温度低于IGBT的类似单元的温度下操作。
由于当今的较小和较轻的硬件设计不可能有效冷却，因此在操作中管理设备的温度对于确保它将可靠地运行150,000个飞行时间至关重要。模拟还表明，具有IGBT的功率耗散显着高于SiC MOSFET（图4）。这些见解让我们的设计决策了解PCM，并指向SIC MOSFET作为一种能力技术，因为行业朝着更多电气飞机的逐线控制量增加。
万博1manbetxSimulink、Simulink Real-Time和Speedgoat目标硬件使我们能够证明我们早期设计的应用特定的可靠性，而无需在实际的飞机上安装单元。通过基于模型的设计，我们可以不需要等待电力电气控制单元的所有方面都开发完成，就可以进行持续的验证和验证。
我们从客户收到的反馈非常积极。通过我们的实时仿真结果，我们相信我们可以满足PCM的可靠性目标，因为我们继续降低单位的尺寸，重量和成本。
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