一种针对电动飞机电推进器热管理系统、控制方法及终端技术方案

本发明专利技术属于电推进系统热管理技术领域，公开了一种针对电动飞机电推进器热管理系统、控制方法及终端，将扩张状态观测器（ESO）引入至系统状态预测模型中，并取系统预测时域p，构建基于多变量协同模型预测控制的集成热管理系统；并引入松弛因子优化集成热管理系统的求解设置，最后将本发明专利技术的控制算法与传统的PID控制算法进行对比验证。本发明专利技术通过用于针对电动飞机电推进器的热管理系统设计方案，在传统热管理策略的基础上，实现了多变量协同控制策略的集成，可以提升电动飞机推进器热管理系统的性能，保障了电动飞机推进系统的安全可靠运行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
一种针对电动飞机电推进器热管理系统、控制方法及终端


[0001]本专利技术属于电推进系统热管理
，尤其涉及一种针对电动飞机电推进器热管理系统、控制方法及终端。

技术介绍

[0002]在我国积极推进碳达峰碳中和的背景下，电动飞机等新能源产品的研发成为了国家重点发展战略，而电动飞机的推进器、动力电池等核心部件的热管理性能将直接关系到飞机的能耗与安全性。同时，考虑到电动飞机的飞行工况复杂、部件的温控要求高、机体空间有限等因素，因而对电动飞机热管理系统的集成化与协同化提出了更高的要求。因此，设计高可靠高性能的电动飞机热管理系统、控制方法及终端是电动飞机整体研发的关键工作之一。目前，国内外对于电动飞机推进器热管理技术研究的重点在于系统集成化与高性能动态响应。但随着系统集成化带来的非线性、强耦合、多约束等特征，使得传统PID控制、基于经验的专家系统控制策略等只能保证单目标系统的控制效果，难以满足多目标之间的协同控制与集成管理，对电动飞机推进器热管理系统、控制方案与终端的设计带来了挑战。因此，亟需设计一种新的集成热管理系统。
>[0003]通过上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对电动飞机电推进器热管理系统的控制方法，其特征在于，针对电动飞机电推进器热管理系统的控制方法包括：将ESO状态观测器引入至系统状态预测模型中，并取系统预测时域p，构建引入ESO观测器的双控制约束集成热管理系统；并通过调节松弛因子优化引入ESO观测器的双控制约束集成热管理系统的求解设置，实现基于模型预测控制的多变量协同控制，最后将电动飞机电推进器热管理控制算法与传统PID控制算法进行对比验证；具体包括以下步骤：步骤一，建立航空驱动电机机内产热模型；步骤二，建立驱动电机机外冷却循环系统模型；步骤三，集成热管理系统多变量协同控制策略设计。2.如权利要求1所述针对电动飞机电推进器热管理系统的控制方法，其特征在于，步骤一中的航空驱动电机机内产热模型的建立包括：电动飞机在飞行过程中，推进器的产热来源于电磁损耗，包括电流通过定子绕组和转子绕组时由电阻产生的铜损耗以及转子铁芯在电磁场内产生的铁损耗；当电机的铁损和铜损全部以热量形式表现，则电机产热P
motor
为定子铁损功率P
s_Fe
、转子铜损功率P
r_Cu
与定子铜损功率P
s_Cu
之和，使用等效电路原理进行电机产热功率建模，则：，其中，，，，R1为定子相电阻；R2为转子相电阻；R
m
为定子铁心损耗对应的励磁电阻；c为匝数比；I
p
为定子相电流；U
p
为定子相电压；X
sc
为定转子漏抗之和；X
m
为主磁通对应铁心磁路的励磁电抗；Z
m
为励磁阻抗。3.如权利要求1所述针对电动飞机电推进器热管理系统的控制方法，其特征在于，步骤二中的驱动电机机外冷却循环系统模型的建立包括：驱动电机机外冷却循环系统模型包含两个环节：电机与冷却液的传热以及冷凝器自身的散热；节温器将冷却系统分为大、小循环两个回路，并根据电机温度调整循环回路与冷却液流量；对于电机核心、水套冷却液、电机箱体之间的热量传递过程，假设水套内冷却液温度为线性分布，并由进出口水温平均值表示水套内冷却液温度；确定冷却系统基本特性后，根据冷却系统机外循环模型，分别建立冷却水套能量平衡方程、冷却液能量平衡方程和电机箱体能量平衡方程为：，，
，其中，表示电机内部与机壳之间的换热量；表示机壳与冷却液的换热量；表示冷却液与冷凝器的换热量；表示驱动电机与外界环境的换热量；表示冷凝器平均温度的微分；表示电机核心温度的微分；表示电机冷却回路进口的的冷却液温度；表示电机冷却回路出口冷却液温度；表示电机冷却液平均温度的微分；分别表示冷凝器冷却装置、冷却液和电机发热部件的比容；分别表示冷凝器冷却装并将系统预测时域置质量、水套内冷却液质量和电机机体质量；表示冷却液的质量流量。4.如权利要求1所述针对电动飞机电推进器热管理系统的控制方法，其特征在于，步骤三中的集成热管理系统多变量协同控制策略设计包括：若维持电机核心温度趋近于电机核心温度的参考目标，则电机的产热量与散热器散热量之间处于动态平衡；以电机产热负荷作为热管理系统输入，通过引入观测器的多变量协同MPC算法确定水泵转速和风扇转速；引入观测器的多变量协同MPC算法是基于前馈补偿的控制方式，根据系统当前状态、控制序列和未来输入量，预测系统未来状态，实现系统优化控制；计算热管理系统始于时刻的系统状态量，并将系统预测时域p内的状态输出记为：，其中，p为预测控制时域；x(k+1|k)表示当前k时刻预测k+1时刻的系统状态量，x(k+2|k)表示当前k时刻预测k+2时刻的系统状态量，x(k+p|k)表示当前k时刻预测k+p时刻的系统状态量，p不可大于系统设置的最大预测时域；将系统预测时域p内的参考目标输入记为r：，其中，r(k)表示k时刻下的参考目标输入，r(k+1)表示k+1时刻下的参考目标输入，r(k+p)表示k+p时刻下的参考目标输入；构造初始目标函数J1：，其中，r(i)表示i时刻下的参考目标输入；表示k时刻预测的i时刻的系统状态量；求解目标函数的极小值，并将热管理系统控制输出的最优预测值记为：
，其中，表示k时刻对于当前的预测值；p为预测控制时域；表示k时刻预测的k+1时刻的预测值，表示k时刻预测的k+p
‑
1时刻的预测值。5.如权利要求4所述针对电动飞机电推进...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞天瀛，皇甫宜耿，王雷，张睿恒，李鹏，
申请(专利权)人：陕西空间绿能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：