用于发动机半物理仿真的高速直驱传动系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于发动机半物理仿真的高速直驱传动系统，包括：至少一个高速驱动电机，每个高速驱动电机通过联轴器耦接至相应的目标负载；以及电机控制器，该电机控制器耦接至该至少一个高速驱动电机中的每一个，并控制各高速驱动电机以相应目标转速驱动相应的目标负载。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半物理仿真和电机控制领域，尤其涉及一种用于发动机半物理仿真的高速直驱传动系统。
技术介绍
对于航空发动机的半物理仿真试验器，除了发动机本体采用数学模型，其它的部件如传感器、燃油系统、电子控制器、执行机构等，均采用真实的机载部件。但是对于PMA(永磁交流发电机)电机、N1(低压转子物理转速)转速音轮、N2(高压转子物理转速)转速音轮、燃油泵的驱动，由于没有真实的发动机本体，需要设计相应的驱动系统，提供高速的驱动转速和转矩。另外，由于PMA电机、N2转速音轮、燃油泵，在实际的发动机中由同一根轴拖动，因此它们是按照一定的转速比同步转动的，所以需要对它们的转速进行同步。传统上，对于需要高转速驱动的对象，如N2音轮和PMA，一般采用增速齿轮箱。不同的发动机需要模拟的传动信号在数量、转速和转矩要求上不同，常用的驱动系统一般采用传动齿轮箱+低速电机的构架，通过改变齿轮箱传动比后输出给各个负载，这种方法存在诸如缺点，例如传动齿轮箱的设计复杂，增加了试验器的设计成本。与传动齿轮箱的耦合负载比较多，一旦齿轮箱发生故障，整个试验器基本无法使用，不利于试验器的维护和使用。对于一个发动机型号的不同阶段，一旦机械系统传动比发生变化，需要重新设计齿轮箱，通用性较差。另外，需要大功率电机驱动齿轮箱，噪声较大，对试验室的环境产生不利影响。因此，本领域需要一种改进的传动系统。
技术实现思路
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概
述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。根据本专利技术的一方面，提供了一种用于发动机半物理仿真的高速直驱传动系统，包括：至少一个高速驱动电机，每个高速驱动电机通过联轴器耦接至相应的目标负载；以及电机控制器，该电机控制器耦接至该至少一个高速驱动电机中的每一个，并控制各高速驱动电机以相应目标转速驱动相应的目标负载。在一实例中，该电机控制器包括与该至少一个高速驱动电机相一一对应的至少一个电机控制单元，每个电机控制单元控制相应的高速驱动电机以相应转速转动。在一实例中，每个电机控制单元通过相关联的变频器耦接至对应的高速驱动电机，每个电机控制单元向相关联的变频器输出转速控制信息，并由该变频器向相应高速驱动电机输出实现目标转速所需要的电压和电流。在一实例中，每个电机控制单元根据接收到的转速指令以及来自该电机控制单元所控制的高速驱动电机的转速反馈来执行对该高速驱动电机的闭环转速控制。在一实例中，该至少一个高速驱动电机包括相互之间同步转动的多个第一高速驱动电机，该多个第一高速驱动电机对应的多个电机控制单元控制该多个第一高速驱动电机相互之间按照特定的转速比同步转动。在一实例中，该多个第一高速驱动电机中的一个作为主高速驱动电机，其余作为从高速驱动电机，该主高速驱动电机的电机控制单元根据主转速指令控制该主高速驱动电机，每个从高速驱动电机的电机控制单元根据来自该主高速驱动电机的转速反馈作为从转速指令并依据转速比来控制该从高速驱动电机。在一实例中，该主高速驱动电机的电机控制单元还基于来自该主高速驱动电机的转速反馈执行对该主高速驱动电机的闭环转速控制，以及每个从高速驱动电机的电机控制单元还基于来自该从高速驱动电机自身的转速反馈执行对该从高速驱动电机的闭环转速控制。在一实例中，该多个第一高速驱动电机包括分别以PMA电机、N2音轮和燃油泵为目标负载的三个第一高速驱动电机。在一实例中，该至少一个高速驱动电机还包括以N1音轮为目标负载的第二高速驱动电机。在一实例中，对应每个高速驱动电机具有用于测量该高速驱动电机的转速的编码器以提供转速反馈。在一实例中，每个高速驱动电机是高速小惯量的驱动电机。在一实例中，该高速小惯量的驱动电机是通过定制的高速异步电机或机床中的电主轴来实现的。附图说明在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本专利技术的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。图1是示出了根据本专利技术的一方面的高速直驱传动系统；以及图2是示出了根据本专利技术的一方面的对高速直驱系统中的驱动电机进行转速同步闭环控制的示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本专利技术的保护范围进行任何限制。图1示出了根据本专利技术的一方面的高速直驱传动系统100。如图1所示，该高速直驱传动系统100可包括高速驱动电机111、121、131、141，每个高速驱动电机通过联轴器耦接至相应的目标负载。例如，高速驱动电机111通过联轴器113耦接至PMA电机114，高速驱动电机121通过联轴器122耦接至N1音轮123，高速驱动电机131通过联轴器耦接至N2音轮133，以及高速驱动电机141通过联轴器143耦接至燃油泵144。对于例如PMA电机114和N2音轮133等，转速均在20000rpm以上，需要采用高速变频电机，要满足负载所需的稳态和动态性能。因此，在本专利技术中，采用了高速小惯量的驱动电机直接驱动负载，小惯量保证了电机驱动负载时的实时动态响应，高速保证了负载的高
速需求，由此减少了驱动电机与负载之间的传动齿轮箱，让系统的结构设计变得简单。例如，电机类型选用定制的高速异步电机或机床中常用电主轴。联轴器113、122、132、143连接负载传动轴和驱动电机输出轴。在设计需求上，各联轴器既要能够承受足够的扭矩，又要具有非常小的转动惯量和运行时的稳定性、噪音小等要求。高速驱动电机111与联轴器113之间可设有扭矩仪112，以及高速驱动电机141与联轴器143之间可设有扭矩仪142，以实时测量驱动电机的输出扭矩和转速，这些信号既可以反馈给电机控制器作为闭环控制，也可以作为负载标定时的校准数据。PMA电机114主要用于航空发动机控制系统中核心电子控制器的供电。例如，PMA电机114可向发动机电子控制器供电。N1和N2转速音轮是由磁体材料制成的齿形圆轮，与后面的转速传感器(例如分别为N1转速传感器、N2转速传感器)组成带间隙的磁回路，当发动机运转时，音轮被高压/低压转子传动轴带动旋转，由于间隙的变化使传感器感受的磁通量发生变化，从而产生对应频率的感应电动势。燃油泵144主要为发动机机械液压单元提供高压燃油。图1中示出了四个高速驱动电机111、121、131、141，但是本专利技术并不局限于此，根据所需要驱动的负载的不同，可以有更少或者更多的高速驱动电机。高速直驱传动系统100还可包括电机控制器160，后者耦接至每个高速驱动电机，例如通过数据总线接收转速指令信号，根据指令信号的要求，控制各高速驱动电机以相应的目标转速驱动各自的目标负载。该转速指令信号可以通过发动机模型来仿真计算得到。高速直驱传动系统100还可包括电源模块150、数据采集器170和冷却系统180。高速直驱传动系统100通过由电机控制器160控制高速驱动电机111、121、131、141的转速转矩，驱动航空发动机中的PMA电机114、N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于发动机半物理仿真的高速直驱传动系统，包括：至少一个高速驱动电机，每个高速驱动电机通过联轴器耦接至相应的目标负载；以及电机控制器，所述电机控制器耦接至所述至少一个高速驱动电机中的每一个，并控制各高速驱动电机以相应目标转速驱动相应的目标负载。

【技术特征摘要】
1.一种用于发动机半物理仿真的高速直驱传动系统，包括：至少一个高速驱动电机，每个高速驱动电机通过联轴器耦接至相应的目标负载；以及电机控制器，所述电机控制器耦接至所述至少一个高速驱动电机中的每一个，并控制各高速驱动电机以相应目标转速驱动相应的目标负载。2.如权利要求1所述的高速直驱传动系统，其特征在于，所述电机控制器包括与所述至少一个高速驱动电机相一一对应的至少一个电机控制单元，每个电机控制单元控制相应的高速驱动电机以相应转速转动。3.如权利要求2所述的高速直驱传动系统，其特征在于，每个电机控制单元通过相关联的变频器耦接至对应的高速驱动电机，每个电机控制单元向相关联的变频器输出转速控制信息，并由该变频器向相应高速驱动电机输出实现目标转速所需要的电压和电流。4.如权利要求2所述的高速直驱传动系统，其特征在于，每个电机控制单元根据接收到的转速指令以及来自该电机控制单元所控制的高速驱动电机的转速反馈来执行对该高速驱动电机的闭环转速控制。5.如权利要求3所述的高速直驱传动系统，其特征在于，所述至少一个高速驱动电机包括相互之间同步转动的多个第一高速驱动电机，所述多个第一高速驱动电机对应的多个电机控制单元控制所述多个第一高速驱动电机相互之间按照特定的转速比同步转动。6.如权利要求5所述的高速直驱传动系统，其特征在于，所述多个第一高速驱动电机中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张树彦，杨永敏，殷锴，高骥超，
申请(专利权)人：中航商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31