襟缝翼EMA高功率密度驱动系统研究

摘要

多/全电飞机及其相关技术的快速发展，促进了高功率密度机电作动器（EMA）在航空作动系统中的推广应用和深入研究。襟缝翼作动系统具有短时频繁加减速和双向负载特性等运行特点，其高功率密度设计面临的主要问题是能量双向流动的有效处理和功率损耗热量的可靠传导。基于此，本文以减小系统的重量和体积为目标，从提高能量利用率和精确热设计两个方面对襟缝翼EMA驱动系统开展研究，以实现系统功率密度的提高。
　　论文首先阐述了襟缝翼翼片在作动过程中驱动系统能量的双向流动特点及再生能量的产生机理，设计了一种电压矢量型全控整流系统和电机矢量控制系统相结合的双矢量EMA驱动拓扑，并针对该拓扑进行了建模分析和控制系统的设计。双矢量EMA驱动系统能够实现能量在交流网侧和作动机构之间的双向流动，解决再生能量的有效处理及能量的高效传递问题。
　　其次，针对襟缝翼EMA驱动系统大功率短时密集工作带来的局部发热集中问题，本文在分析了传统热分析方法局限性的基础上，考虑多种因素对散热系统建模及仿真的影响，在热源平均损耗计算方法的基础上，着重探讨了瞬态损耗的准确计算方法，建立了精确的阻容网络热路模型和等效薄片仿真模型，提出了一种多因素耦合瞬态热路仿真模型和基于FloEFD等效薄片温度场仿真模型的混合热模型联合仿真思路，并进行了散热系统中散热器相关参数的设计。
　　在前述理论分析及建模的基础上，本文基于MATLAB/Simulink软件进行了双矢量EMA控制系统的仿真验证和多因素耦合瞬态热路模型的仿真验证，基于FloEFD软件采用FVM法进行了等效薄片仿真模型的仿真验证，并采用混合热模型联合仿真思路进行襟缝翼EMA驱动系统的散热设计及优化。
　　最后，依据前文分析、计算及仿真的结果，本文设计了襟缝翼EMA用驱动器样机，在搭建的加载实验平台上，分别进行系统电机运行实验和温度实验的验证，并将实验结果与原有驱动器相关结果对比分析，进行了襟缝翼EMA驱动系统功率密度的评估，验证了系统高功率密度设计的有效性。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景及研究意义

1.2 研究现状及发展趋势

1.3 本论文研究内容及目的

1.4 本论文章节安排

第二章 襟缝翼双矢量EMA驱动系统设计

2.1 襟缝翼双矢量EMA驱动系统设计概述

2.2 双矢量EMA驱动系统建模与设计

2.3 电压矢量型全控整流系统建模及设计

2.4 电机矢量控制系统建模及设计

2.5 本章小结

第三章 襟缝翼EMA驱动系统散热设计

3.1 襟缝翼EMA驱动系统散热设计概述

3.2 襟缝翼EMA驱动系统热设计相关理论基础

3.3 襟缝翼EMA驱动器热损耗计算

3.4 IGBT模块热路建模

3.5 散热器热阻建模及优化设计

3.6 混合热模型联合仿真热设计思路及方法

3.7 本章小结

第四章 襟缝翼EMA驱动系统仿真及分析

4.1 双矢量EMA驱动系统仿真

4.2 EMA驱动系统混合热模型散热仿真分析

4.3 本章小结

第五章 襟缝翼EMA驱动系统实验及分析

5.1 系统实验平台搭建

5.2 EMA驱动系统电机加载实验结果及分析

5.3 EMA驱动器温度实验结果及分析

5.4 襟缝翼EMA高功率密度设计总结

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文的主要工作及结论

6.2 存在的问题及后续工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果

攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢

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