永磁交流发电机模拟器制造技术

本发明专利技术涉及一种永磁交流发电机模拟器，其用于航空发动机硬件在回路测试，该模拟器包括具有永磁交流发电机模型和故障模型的永磁交流发电机模型机模块，这两种模型均为实时数学模型且该模块将第一输入信号处理后输出第一输出信号；永磁交流发电机控制器模块，其以所述第一输出信号和第二输入信号作为其输入信号并经处理后输出第一控制信号；以及永磁交流发电机执行器模块，其根据所述第一控制信号输出相应的第二输出信号，并同时输出用于所述永磁交流发电机控制器模块闭环控制的反馈信号。其中，所述的第二输出信号为所述永磁交流发电机模拟器所模拟的永磁交流发电机的输出信号。

【技术实现步骤摘要】
永磁交流发电机模拟器
本专利技术涉及一种永磁交流发电机模拟器，尤其涉及一种用于航空发动机全权限数字电子控制的硬件在回路仿真试验的永磁交流发电机模拟器。
技术介绍
现代航空发动机全权限数字电子控制(FullAuthorityDigitalEngineControl：FADEC)已实现了电调，即通过电子控制器完成发动机本体的控制功能和与飞机协同工作的任务。为了满足航空发动机的适航需求中对于电子控制器的供电要求，电子控制器的电源要有冗余，其冗余主要来自于两个方面：一是飞机提供的28V稳压直流电；另外一个是安装在发动机上且由高压转轴驱动的小功率交流发电机提供的交流电。后者的交流电在电子控制器内部需要通过AC/DC(交流/直流)变换技术转化成28V稳压直流电。AC/DC供电的稳定性对于保证全权限数字电子控制系统安全性具有重要意义，全面完整的AC/DC模块测试是航空发动机电子控制器软硬件集成测试的重要环节。AC/DC模块的功能和性能方面的测试通常有两种方式：一种是通过永磁交流发电机为AC/DC模块供电，通过调整发电机输出轴转速模拟航空发动机各种工作状态下AC/DC模块的供电状况；另外一种是通过程控电流源模拟永磁交流发电机输出。上述两种方法在实际测试过程中各有优缺点。使用永磁交流发电机为AC/DC供电，可测试永磁交流发电机任何可能工作转速下AC/DC模块的供电状态。但该方法需配备一套完整的如图1所示的拖动台，包括电动机、电动机驱动器、齿轮箱和相应冷却和润滑设备。拖动台电动转子具有不同轴误差，且电动机最大工作转速在16000rpm以上，形成高频噪声源，对实验环境造成较大的震动及噪音干扰，限制了测试设备的安装范围；此外，拖动台的润滑液体采用润滑油，存在易燃风险，安全性较低；而且电动机具有转动惯量、跟踪输入转速时会产生跟踪误差，进而造成永磁交流发电机输出电压和频率的误差，影响实验精度；再者，发电机相间短路、绕组间短路实验会产生较大的短路电流，极限情况下会烧毁永磁交流发电机绕组，导致较高的实验成本且发电机匝间短路无法实现动态模拟，进而无法实现电子控制器的全面测试，影响适航审定。总而言之，这种测试方式依赖发电机的配合工作，但是发电机作为发动机配套附件也存在研发周期较长，并且技术条件反复等问题。一旦出现交付拖延，则会直接影响电源模块的测试任务，进而影响控制器的研制周期。而使用程控电流源作为永磁交流发电机模拟器成本较低；而且，由于程控电流源无机械运动部件，故不存在噪声干扰问题。但是，该方法在应用中具有如下缺点：缺少短路和断路装置，无法进行永磁交流发电机故障状态下的AC/DC模块验证；此外，由于现有程控电流源的器件限制，极限频率较低，无法覆盖永磁交流发电机工作的所有频率范围。因此，在现有技术的基础上，AC/DC模块的功能和性能方面的测试仍然有进一步提高的空间，例如如何通过技术革新达到安全且低成本地进行AC/DC模块的测试。
技术实现思路
有鉴于此，根据上述对
技术介绍
以及存在的技术问题的理解，本专利技术旨在提供一种成本较低，且能够全面满足AC/DC模块的功能和性能测试的航空发动机硬件在回路永磁交流发电机(PermanentMagnetAlternator：PMA)模拟器。本专利技术提出了一种永磁交流发电机模拟器，其用于航空发动机硬件在回路测试，所述永磁交流发电机模拟器包括永磁交流发电机模型机模块，其包括永磁交流发电机模型和故障模型，所述永磁交流发电机模型和所述故障模型均为实时数学模型，所述永磁交流发电机模型机模块将第一输入信号处理后输出第一输出信号；永磁交流发电机控制器模块，其以所述第一输出信号和第二输入信号作为其输入信号并经处理后输出第一控制信号；以及永磁交流发电机执行器模块，其根据所述第一控制信号输出相应的第二输出信号，并同时输出用于所述永磁交流发电机控制器模块闭环控制的反馈信号，其中，所述第一输入信号为与所述永磁交流发电机模拟器相连接的发动机模型所输出的N2转速信号和故障模式信号，所述第二输入信号即为所述反馈信号，所述的第二输出信号为所述永磁交流发电机模拟器所模拟的永磁交流发电机的输出信号。在一个实施例中，所述永磁交流发电机模型机模块通过模拟仿真软件实现。以此，该模型机模块能够通过开发环境Simulink(Mathworks公司仿真软件)在计算机中虚拟地产生，而且能够通过该软件生成并运行应用于测试的实时代码。在一个实施例中，所述永磁交流发电机模型机模块能够接受参数设置和调整。以此，能够在测试过程中，根据测试需求手动地调节相关参数，达到有目的性地进行测试的目的。在一个实施例中，所述永磁交流发电机执行器模块包括电源装置，其用于将220V交流电经降压、滤波及整流后输出直流电；三相逆变器，其用于将所述电源装置输出的直流电逆变为与待模拟的永磁交流发电机频率一致的交流电，所述三相逆变器的输出电压低于待模拟的永磁交流发电机的输出电压；三相升压变压器和阻抗匹配装置，其用于将所述三相逆变器的输出电压提升至与待模拟的永磁交流发电机的输出电压一致并将其滤波，同时产生与待模拟的永磁交流发电机的输出阻抗一致的输出阻抗；电压电流检测传感器，其用于测量所述三相升压变压器的输出电压和电流并将其作为所述反馈信号反馈至所述永磁交流发电机控制器模块；以及故障注入继电器，其通过固态继电器实现待模拟的永磁交流发电机的断路和短路故障。在一个实施例中，所述永磁交流发电机控制器模块包括传感器采集电路，其用于接收所述电压电流检测传感器的输出信号；逆变器驱动电路，其用于驱动所述三相逆变器；以及通信电路，其用于传输所述第一控制信号。以此，控制模块所需的反馈信号能够被采集并传输至控制模块。在一个实施例中，所述三相逆变器使用MOSFET(MetallicOxideSemiconductorFieldEffectTransistor：金属氧化物半导体场效应管)作为开关元件并基于空间矢量脉宽调制原理实现逆变波形输出。在一个实施例中，所述三相升压变压器和阻抗匹配装置包括功率电感和功率电阻并将其串联于电流回路中。在一个实施例中，所述功率电感为绕线式磁屏蔽功率电感，且所述功率电阻为金属膜无感电阻器。以此，能够方便地实现该些功率器件的更换。在一个实施例中，所述故障注入继电器串联于电流回路中并由所述永磁交流发电机控制器模块控制所述故障注入继电器的开关状态。航空发动机硬件在回路永磁交流发电机模拟器全部采用电子元件实现永磁交流发电机模拟，无机械噪音，环境友好，可适用于对环境要求较高的实验环境中；同时，系统结构简单、无机械磨损，寿命更长且可靠性更高；系统无冷却和润滑部件，提高了可维护性。电气系统时间常数小于机械系统时间常数，模拟器通过永磁交流发电机模型计算输出电流和电压，经逆变、升压、阻抗匹配、通过传感器测量得到实际输出电压、电流，比较两者差值并将其送入比例积分(ProportionalIntegration：PI)控制器，构成闭环系统。故该系统响应速度和动态精度远大于拖动台。通过永磁交流发电机故障模型，可实现拖动台上设备损坏风险较高的短路及断路故障注入实验，降低了实验成本。永磁交流发电机模拟器完全采用程序控制，易于实现测试自动化，提高了测试系统可测试性；此外，模拟器方便集成于更大规模的仿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁交流发电机模拟器，其用于航空发动机硬件在回路测试，所述永磁交流发电机模拟器包括：永磁交流发电机模型机模块，其包括永磁交流发电机模型和故障模型，所述永磁交流发电机模型和所述故障模型均为实时数学模型，所述永磁交流发电机模型机模块将第一输入信号处理后输出第一输出信号；永磁交流发电机控制器模块，其以所述第一输出信号和第二输入信号作为其输入信号并经处理后输出第一控制信号；以及永磁交流发电机执行器模块，其根据所述第一控制信号输出相应的第二输出信号，并同时输出用于所述永磁交流发电机控制器模块闭环控制的反馈信号；其中，所述第一输入信号为与所述永磁交流发电机模拟器相连接的发动机模型所输出的N2转速信号和故障模式信号，所述第二输入信号即为所述反馈信号，所述的第二输出信号为所述永磁交流发电机模拟器所模拟的永磁交流发电机的输出信号。

【技术特征摘要】
1.一种永磁交流发电机模拟器，其用于航空发动机硬件在回路测试，所述永磁交流发电机模拟器包括：永磁交流发电机模型机模块，其包括永磁交流发电机模型和故障模型，所述永磁交流发电机模型和所述故障模型均为实时数学模型，所述永磁交流发电机模型机模块将第一输入信号处理后输出第一输出信号；永磁交流发电机控制器模块，其以所述第一输出信号和第二输入信号作为其输入信号并经处理后输出第一控制信号；以及永磁交流发电机执行器模块，其根据所述第一控制信号输出相应的第二输出信号，并同时输出用于所述永磁交流发电机控制器模块闭环控制的反馈信号；其中，所述第一输入信号为与所述永磁交流发电机模拟器相连接的发动机模型所输出的N2转速信号和故障模式信号，所述第二输入信号即为所述反馈信号，所述的第二输出信号为所述永磁交流发电机模拟器所模拟的永磁交流发电机的输出信号。2.根据权利要求1所述的永磁交流发电机模拟器，其特征在于，所述永磁交流发电机模型机模块通过模拟仿真软件实现。3.根据权利要求1所述的永磁交流发电机模拟器，其特征在于，所述永磁交流发电机模型机模块能够接受参数设置和调整。4.根据权利要求1至3中任一项所述的永磁交流发电机模拟器，其特征在于，所述永磁交流发电机执行器模块包括：电源装置，其用于将220V交流电经降压、滤波及整流后输出直流电；三相逆变器，其用于将所述电源装置输出的直流电逆变为与待模拟的永磁交流发电机频率一致的交流电，所述三相逆变器的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵奇，麦新晨，刘涛，殷锴，吕晓武，陶金伟，陈娇，马恩，
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：