在当今的飞机中，液压和气动驱动系统越来越多地被电气系统取代。目前推动了初级飞行控制表面（例如副翼和电梯）的致动器，以及着陆齿轮，制动系统和燃料输送系统中的致动器，现在由电力电子设备驱动。驱动这些致动器的电动机需要小，光和廉价。他们还需要可靠地在50,000-150,000小时的正常飞行运行和广泛的故障条件下进行。
为满足这些要求，微内可卓越的航空中心正在开发基于由Matlab设计和测试的电源核心模块（PCM）的智能电源解决方案™（IPS）。金宝搏官方网站®和仿真软金宝app件®．基于模型的设计使我们能够将我们的设计推向限制，因为我们可以通过在开发过程中提前进行电机驱动硬件和控制软件的实时可靠性测试来模拟故障，优化性能和较低的风险。
建模PCM并运行闭环模拟
完整的电源控制单元由脉冲宽度调制（PWM）控制，数据转换和通信的功能组成;过滤和保护;三相永磁同步电动机（PMSM）驱动器;控制模块;和监控模块（图1）。电动机电流，电机速度和致动器位置被馈送到监控模块中，控制模块使用此信息来指示PCM加速电机向上或减慢其速度。因为这是一个新的设计，我们必须开发PCM而不具有用于测试它的监控模块或控制模块的工作版本。
我们使用Simscape Power Sys金宝apptems™和Simscapt Electronics™模拟了Simulink中的PCM，以模拟三相PMSM驱动器和电子元件以及控制和监控模块。然后我们ran闭环模拟以表征系统的电气和机械行为。
接下来，我们使用Simulink Coder™和Simulink Real-Time™将这三种型号部署到Speedgoat目标系统中的Spartan-6 FPGA中(图2)。这些模块通金宝app过低压差分信号(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。在另一种设置中，我们将控制器部署到PCM上的生产ProASIC3 FPGA上，并使用目标硬件系统执行控制和监控模块的功能，进行硬件在环测试。我们使用两种测试设置测试正常操作。我们还测试了控制器对几种故障条件(包括电机故障)的响应，以执行故障模式、影响和临界分析。
在现实世界的条件下测试真实的航班型材
为了在真实的飞行剖面下演示PCM，我们开发了Simulink和Stateflow金宝app®将飞行特性转化为致动系统的电气和机械要求的模型。随着飞机通过飞行的典型阶段进行，起飞，攀爬，巡航，下降，接近和降落 - 例如，对Aileron执行器的电机电流要求显着变化。我们使用我们的Simulink和Stateflow任务和飞行型材模型金宝app进行了模拟，使我们能够准确地估算特定飞机上的Ailerons和其他组件的电机电流需求（图3）。
对于我们的可靠性测试，我们根据飞行剖面模拟结果生成飞机特定的电机电流需求。我们使用改变压力和温度的环境舱。例如，波士顿的夏季环境温度比迪拜低得多，我们的测试必须考虑到这一点。通过环境舱，我们可以将系统暴露在零下55摄氏度的温度和低于0.2巴的压力下(在海拔39000英尺或更高的地方，这种情况很常见)。15万飞行小时的长期可靠性测试需要仔细监测和彻底分析结果。我们在MATLAB中进行监测和数据分析。
我们学到了什么
通过广泛的建模和模拟，我们确定了配备基于碳化硅(SiC) mosfet的电机驱动的单元，其工作温度大约比类似的igbt单元低40°摄氏度。
由于在当今更小、更轻的硬件设计下，主动冷却是不可能的，因此在运行时管理设备的温度对于确保它能够可靠地运行15万飞行小时至关重要。模拟还显示，igbt的功耗比SiC mosfet高得多(图4)。这些见解为我们的PCM设计决策提供了依据，并指出，随着行业在更多电动飞机上增加线控飞控，SiC mosfet是一种可行技术。
金宝appSimulink，Simulink实时和Speedgoat目标硬件使我们能够展示我们早期设计的特定于应用程序的可靠性，而无需在实际飞机上安装单位。通过基于模型的设计，我们可以在不等待的情况下进行连续验证和验证，直到开发电力控制单元的所有方面。
我们从客户那里得到的反馈非常积极。根据我们的实时模拟结果，随着我们不断减小单元的尺寸、重量和成本，我们有信心能够满足PCM的可靠性目标。
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