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电动舵机系统模型驱动工程设计研究及验证

电动舵机系统模型驱动工程设计研究及验证

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作者：张越南京航空航天大学

学位级别：硕士

基于模型的系统工程设计方法是解决复杂系统设计的有力工具,是当前复杂系统设计的一个前沿性、热点研究方向。随着大功率驱动技术及电机技术的飞速发展,全电飞机的研制成为可能,电动舵机系统则是全电飞机的关键子系统。其设计涉及了机... 详细信息

基于模型的系统工程设计方法是解决复杂系统设计的有力工具,是当前复杂系统设计的一个前沿性、热点研究方向。随着大功率驱动技术及电机技术的飞速发展,全电飞机的研制成为可能,电动舵机系统则是全电飞机的关键子系统。其设计涉及了机械、电子、控制和力学等多个领域的知识,属于典型的多领域联合设计问题。以往常规的设计方法多专注于单个领域的独立设计,且缺乏顶层建模分析及各领域联合仿真的能力,无法在设计阶段对各阶段的设计进行验证。所以本课题着眼于飞机数字化设计和全电飞机的应用需求,以基于模型的系统工程设计思想,采用SysML语言和Rhapsody软件,从顶层需求分析开始,在系统工程的框架下,建立电动舵机系统的各个功能和性能模型,自顶向下,通过模型推演和多步回推,对电动舵机系统的功能、性能和逻辑关系进行验证。已得到发挥测试样机功能的电动舵机顶层模型。本课题首先研究并提出了电动舵机顶层设计开发方案,包括:(1)确定顶层架构模型为目标产物,划分出顶层建模与模型验证两个部分;(2)研究并讨论电动舵机顶层建模的主要目标;以及验证架构模型的相关标准;(3)确定建模使用的软件、建模语言、建模方法;设计了验证实现所需要的相关软件平台。第二,依据设计开发方案,从需求驱动的角度出发进行建模研究与实践。包括:(1)功能逻辑建模,及负责支持功能逻辑的静态结构建模及动态行为建模;(2)在结构模型中创新的加入了对性能参数的约束模型以描述和实现性能需求;(3)在结构模型及行为模型中进行余度设计描述实现了可靠性需求。第三,对模型的实现方案及架构综合进行研究与实践。包括:(1)使用基于效能曲线的权衡方法确定最终的解决方案;(2)提出单元化的概念,结合解决方案在深化模型粒度的同时完成对系统的集成与综合,得到顶层设计的最终产物;(3)研究最终产物顶层架构模型向下一阶段设计开发的交付。第四,结合两种方式对顶层架构模型进行验证,包括:(1)模型自身执行的黑盒验证及白盒验证;(2)在顶层模型指导下的Simulink建模仿真,以及Sysml模型与Simulink模型代码联合执行验证。

关键词：电动舵机模型驱动工程性能描述单元级模型架构模型可执行联合仿真验证 Sysml

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