电力电子的实时仿真和测试更多的电动飞机

在今天的飞机,液压和气动驱动系统越来越多地通过电子系统所取代。主飞行控制致动器表面(如副翼和电梯),以及在起落架作动器,制动系统,燃油供给系统,现在由电力电子驱动的。电动马达驱动这些致动器需要小,光,便宜。他们也需要可靠地执行50000 - 150000小时的正常飞行操作和各种故障条件下。

来满足这些需求,Microsemi航空卓越中心正在开发的智能电力解决方案™(IPS)基于权力核心模块设计和测试与MATLAB (PCM)万博 尤文图斯^®和仿真软万博1manbetx件^®。基于模型的设计使我们推动我们的设计限制,因为我们可以模拟故障,优化性能和较低的风险进行实时可靠性测试的马达驱动硬件和控制软件在开发过程的早期。

对PCM建模和运行闭环模拟

一个完整的电源电气控制单元由脉宽调制(PWM)控制功能,数据转换,和通信;过滤和保护;一个三相永磁同步电动机永磁同步电动机驱动;一个控制模块;和监控模块(图1)。电机电流,电动机转速,和致动器位置被送入监控模块,以及控制模块使用这些信息来指导PCM电机加速或减速。因为这是一个新的设计,我们不得不开发PCM没有监控模块和控制模块的工作版本可用来测试它。

我们在仿真软件模拟了PCM,使用Simsca万博1manbetxpe电力系统™和Simscape电子™模型三相永磁同步电动机驱动,电子元件和控制和监控模块。然后我们跑闭环模拟来描述系统的电气和机械特性。

接下来,我们部署的三个模型Spartan-6 Speedgoat目标系统中的FPGA使用仿真软件编码器™和仿真软件实时™(图2)。模块通过低压差分信号(LVDS)接口进行通信。万博1manbetx在一个测试设置,PCM控制器和其他模块运行在目标硬件实时测试。在不同的设置,我们部署我们的控制器生产ProASIC3 FPGA在PCM,跑半实物与目标硬件系统测试执行控制和监视的功能模块。我们测试正常操作使用测试设置。我们还测试了控制器的响应几个错误条件(包括电动机故障)执行失效模式,效果和临界分析。

在现实条件下测试实际飞行资料

展示现实下的PCM飞行资料,我们开发了仿真软件和Stateflow万博1manbetx^®模型,飞行特性转化为电气和机械驱动系统的要求。飞机通过flight-taxiing典型的阶段,起飞,攀登,巡航,下行,临近,和着陆——副翼执行机构的电动机电流的要求,例如,发生显著的变化。模拟我们跑使用仿真软件和Stateflow使命和飞行剖面模型使我们能万博1manbetx够准确地估计电机电流要求副翼和其他组件在特定的飞机(图3)。

对于我们的可靠性测试,我们生成aircraft-specific电动机电流要求基于飞行剖面的模拟结果。我们使用环境室不同的压力和温度。例如,环境温度在波士顿远低于迪拜在夏天,和我们的测试必须考虑。环境室,我们可以使系统温度摄氏-55°和压力小于0.2酒吧(条件是常见的在海拔39000英尺或更高版本)。长期可靠性测试代表150000飞行小时需要仔细监测和深入的分析结果。我们在MATLAB进行监测和数据分析。

我们学到了什么

通过我们的广泛的建模和模拟,我们建立了单位配备马达驱动器根据碳化硅(SiC)场效应管操作温度大约40°摄氏度低于类似的单位与igbt。

因为主动冷却是不可能与今天的更小、更轻的硬件设计,管理设备的温度在操作是至关重要的,确保它将为150000飞行小时功能可靠。模拟还表明,功耗与igbt大大高于SiC mosfet(图4)。这些见解对PCM我们的设计决策,并指向SiC mosfet作为支持技术随着行业走向增加更多的电动飞机飞行线控控制。

万博1manbetx仿真软件、仿真软件实时和Speedgoat目标硬件使我们来演示我们早期的特定于应用程序的可靠性设计没有一个实际的飞机上安装的单位。基于模型的设计,我们可以做连续确认和验证没有等到电源电气控制单元开发的各个方面。

我们收到客户的反馈是非常积极的。与我们的实时仿真结果,我们相信,我们可以实现PCM的可靠性目标继续减少单元的大小,重量和成本。