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®和模拟金宝app®。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™将这三种模型部署到SpeedGoat目标系统中的Spartan-6 FPGA（图2）。金宝app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。
在现实世界的条件下测试真实的航班型材
要在现实的航班配置文件下展示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。
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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