弹用伺服电机驱动器相变控温技术研究

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随着科学技术的发展,航空航天技术的进步,武器系统对伺服舵机控制系统的要求越来越高,高功率密度、高效率和高可靠成为了伺服舵机系统不断追求的目标。随着功率密度的提高,伺服舵机系统的散热问题日益突出,成为了制约伺服舵机系统可靠性提高的关键问题。相变散热具有结构简单,相变潜热大,无需主动控制等优点,引起了广泛关注,在军用大功率电子设备散热方面具有广阔的发展前景。舵机伺服驱动器作为弹用伺服舵机的控制部件,其性能直接影响武器系统的动态特性和制导精度,是伺服舵机系统的核心关键部件。本文以改善弹用伺服驱动器的温升和控温时长为目标,开展弹用伺服驱动器的散热技术研究。论文的主要研究内容如下:(1)弹用伺服驱动器散热分析。重点对伺服驱动器的散热结构进行了设计,并经过分析和计算弹用伺服舵机驱动器的关键部件MOS管的损耗,建立了弹用伺服舵机驱动器的热网络模型。并对弹用伺服舵机驱动器额定工况和模拟实际运行工况,进行了散热分析,为后续研究基于相变材料的驱动器散热情况建立基础。(2)基于相变散热的弹用伺服驱动器散热分析。基于现有的相变散热结构,建立了弹用伺服舵机驱动器相变散热结构的热网络模型,分析导热翅片的结构尺寸及数量对控温效果的影响。在此基础上,提出了新型的导热翅片散热结构,最后对额定工况和模拟实际工况新型结构的控温效果进行仿真分析。(3)基于田口法的散热结构的多目标优化设计。利用田口法对影响新型散热结构的关键参数进行敏感性分析,然后以控温时长和MOS管最高结温为优化目标,利用田口方法对影响相变散热结构的关键参数进行了多目标的优化设计。最后对比分析额定工况和实际模拟工况下,优化前和优化后的相变散热结构的控温效果。(4)驱动器相变控温实验研究。搭建了弹用伺服舵机驱动器相变散热结构控温实验平台,然后使用模拟热源对弹用伺服舵机驱动器额定工况和模拟实际工况的控温能力进行了实验,验证了仿真计算的准确性和相变散热结构的有效性。弹用伺服驱动器的相变散热技术为驱动器提供了一种新型的控温方法,由于其结构简单,可靠性强,特性适用于短时大功率设备,对我国研制制导武器等间歇性高功率设备具有非常重要的意义。
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