航天器ISOP直流变换器控制策略研究

分析了电压型控制和电流型控制的输入串联-输出并联(ISOP)航天器直流变换器的输入均压、输出均流特性,指出了电压型控制可以实现其输入电压自动均压、输出电流自动均流;电流型控制时其输入端电压等分是不稳定平衡,不能实现其输入端自动均压、输出自动均流。在电流控制模式下提出新的输入均压控制策略。通过1kW样机的仿真和试验结果,验证了文章分析的正确性和控制方法的有效性。     

新型机电一体化微磁力矩器设计与实现

现代微小卫星的发展需要磁力矩器具备轻量化、低功耗、小型化、集成化等特点。提出了一种新的微型磁力矩器设计方式,采用机电一体化设计思想,使控制电路内嵌于支架的端面上,实现了磁力矩器结构和驱动电路的集成化和整体结构的小型化,明显优于传统的分离设计方式。采用单绕组线圈+脉冲宽度调制(PWM)换向驱动控制的形式,相比常规的双绕组线圈电流幅度控制形式,线圈的重量和体积都减少了一半,功耗更低,控制更加简便。驱动电路具有电流采样功能,可以实现闭环控制,相对于传统的开环控制策略控制精度更高。此外还对磁力矩器的线圈参数和磁芯参数进行了最优设计。所设计的磁力矩器在某微小卫星上已成功应用,表明了该设计方案的有效性和优越性。     

C频段输入测试耦合器

测试耦合器位于转发器的输入端和输出端。其主要作用是在转发器分系统和天线分系统对接后无测试端口的情况下，对转发器分系统进行测试。     

C频段输出测试耦合器

该测试耦合器位于转发器的输入端和输出端，其主要作用是在转发器分系统和天线分系统对接后无测试端口的情况下，为系统联试提供测试通道。     

微波无线传能系统中直流阻抗匹配器设计

微波无线传能系统存在整流电路输出直流功率随直流负载变化而急剧下降，以及多路不同功率直流合成效率低的问题。为解决上述问题，本文探索在整流电路和直流负载之间设计直流阻抗匹配器。通过场效应管控制阻抗匹配器的开断实现输入电压与平均输入电流之比不变，从而保证匹配器的等效输入阻抗恒定不变，达到与整流电路匹配的目的。设计和制作了一款输入阻抗为400欧姆的直流阻抗匹配器。测试表明，即使直流负载从400~6000欧姆大动态变化，该直流阻抗匹配器能够稳定地实现约60%整流效率。对两路直流功率合成，与直接合成相比，该直流阻抗匹配器将合成效率提升了5.75%~19.18%。     

采用DSP的开关电源软件控制法

针对输出电压控制的局部延迟回路，提出了具有电流控制系统的开关电源软件控制法。在DSP软件上构建的控制系统，实际上是利用软件实行时间延时控制，故得不到所期望的电控制特性。为了解决这一问题，本文分别提出了三种方法，即用于延时补偿的电流推测法；用于实现电流控制的高速响应的高速电流控制法；用于消除电流偏差的输入直流电压推测法。为了验证这三种方法的有效性，采用DSP（TMS32C25）构建的控制系统对额定50W、24V、2．1A、开关频率140KHz的开关电源进行控制；开成了采样周期为开关周期5倍（35．6μs)的控制系统。实验结果表明：正常输出电压控制误差14．5mV以下，50／100％的负载急变时最大输出控制误差为60mV，输出电压恢复时间是0．8ms，此外，这种控制方法还具有良好的实用性。     

航天继电器浪涌电流作用下电接触寿命研究

近年来,卫星上的航天继电器在使用过程中发生了多次触点粘连故障,经分析发现,虽然在继电器设计中均根据其稳态工作电流进行了一级降额设计,但由于非纯阻性负载的存在,继电器在通断瞬间均存在一定程度的浪涌电流,该浪涌电流可以使触点迅速熔蚀,甚至熔焊失效。文章针对继电器接通瞬间浪涌电流对触点的熔蚀现象开展研究,利用试验测试并验证航天继电器的抗浪涌电流能力,对触点熔蚀、熔焊机理进行分析研究,研究结论可以指导航天继电器的使用,提高继电器在轨应用的可靠性和安全性,延长其使用寿命。     

滞环非线性系统的自抗扰动态面控制方法

针对输入端还有类齿隙滞环的二阶不确定性非线性系统,提出一种基于扩张状态观测器的输出反馈自抗扰控制算法。为便于扩张状态观测器设计,首先采用坐标变换将严格反馈系统转化为串联积分结构。然后,基于该结构设计了非线性扩张状态观测器对系统状态和总扰动信号观测。在控制器设计中,采用动态面技术设计输出反馈控制信号,取代滑模控制信号。最后,数值仿真结果表明,所提出的自抗扰控制算法在控制性能方面优于传统PID控制器。     

用于高精度太阳敏感器标定的模拟光源控制系统设计

为了精确模拟空间太阳辐照方向的变化,设计了一种以计算机控制为核心的、用于高精度太阳敏感器标定的模拟光源闭环控制系统。由计算机直接控制光电隔离输出卡,所输出的数字信号经过功率驱动电路和软启动电路后实现模拟光源的开启与关闭,采用软件方式控制步进电机的转速和转向,并通过高精度光电编码器实时获取当前的转动角度值,再经串口通信反馈给计算机,构成闭环控制系统。标定测量表明:系统的俯仰角和方位角转动误差均小于0.02°,均满足高精度太阳敏感器标定对模拟光源的要求。     

基于InGaAs器件的空间高速捕跟探测组件设计与实现

提出一种基于InGaAs焦平面器件的空间高速捕跟成像组件设计方法,阐述了系统工作原理及主要模块实现方式,分析了测试方法和验证结果.方案以InGaAs焦平面器件为核心,采用主控FPGA控制工作模式及交互通信、4路图像信号经前置单端电流驱动以及差分功率放大和AD转换后输入主控FPGA进行图像信号处理输出.针对空间环境特点,通过器件选用、电路优化、抗单粒子设计等防护措施进行了系统加固.基于刷新重构FP-GA设计了具备灵活在轨图像校正补偿、系统优化重构,主控FPGA程序定时刷新的功能模块.实现产品具有全幅高帧频6 kfps输出、-85 dBm像元灵敏度、69 dB宽动态范围的性能,具备低延迟高帧频快速图像处理的特性,可满足空间多轨道激光通信捕获跟踪及短波红外遥感成像需求.     

应用PTC电阻精确控温的实验研究

正温度系数（PTC）电阻是一种具有温度敏感性的半导体电阻,利用PTC电阻取代普通电阻加热材料,有可能成为航天器主动热控的一种新手段。文章建立了电加热主动控温的实验系统,对PTC电阻和普通电阻的热控性能进行了对比实验研究,研究结果表明：由于PTC电阻具有电阻随温度升高而快速增大的特性,与普通电阻热控系统相比,PTC电阻热控系统具有控温精度高、自适应能力强等优点。此文的研究结果对于利用PTC电阻实现精确温度控制具有一定的指导价值。     

基于天链卫星的箭载Ka频段中继用户终端设计与实现

论述了一种利用中继卫星进行通信的通用型箭载Ka频段中继用户终端的设计方案,对微波信道技术、箭星指向算法技术、热控技术、通用化技术等关键技术进行了重点分析,最后给出了该通用型Ka频段中继用户终端的性能指标。     

星载CAN总线电接口特性研究

为了保证星载控制器局域网（Controller Area Network,CAN）总线通信的可靠性,基于叠加定理对总线接口建立了等效电路模型,结合节点电压法,计算了接收器输入端差分信号的电压,运用仿真软件绘制出了终端匹配电阻RT=124Ω条件下,电压与传输线电阻RW之间的关系曲线,确定了RW的选取范围;当RW=23Ω时,对电压与RT之间的关系曲线进行了仿真,确定了RT的选取范围;通过计算得出了RW=0Ω、RT=124Ω条件下发送器所能驱动的最多接收器节点数。模型的建立与仿真为CAN总线通信电路设计提供了一种新的模拟和验证方法。     

磁悬浮飞轮转子系统的快速Terminal滑模控制

针对磁悬浮飞轮(MSFW)高精度控制的要求,提出了磁悬浮飞轮转子的快速Terminal滑模控制(FTSMC)以实现其鲁棒控制。建立了MSFW动力学方程,对MSFW受控自由度引入交叉反馈设计实现了各自由度解耦,分析并选取了三阶非线性微分跟踪器得到所需的微分信号,设计了快速Terminal滑模控制器,并利用Lyapunov函数证明了该控制系统的稳定性。仿真结果表明,与采用普通滑模控制相比,该控制系统具有状态响应快、系统状态在设定时间内迅速收敛以及抖振小等特点。     

航天器多继电器线圈并联电路的可靠性研究

航天器配电系统中广泛采用多继电器线圈并联电路作为平台设备和负载的供电通路开关。文章从继电器互感效应入手,对多继电器线圈并联电路在指令发出、指令结束2 种工况下的电路可靠性进行了分析,结果表明目前常用的继电器线圈并联电路存在可靠性隐患。因此,针对隐患提出了在继电器线圈前串接二极管的电路可靠性优化方案。试验结果表明,优化后的电路形式可以有效提高电路的可靠性。     

一种多通道高隔离度毫米波发射组件的设计

随着雷达技术的发展,毫米波单片集成电路技术日趋成熟,小型化、轻量化、多功能的毫米波雷达在国内外得到了深入的研究和应用。为满足毫米波雷达的需求,设计了一种多通道高隔离度毫米波发射组件。采用普通FR4多层板实现电源和控制信号走线,其中功分器芯片、电容、电阻等器件装配在FR4多层板的表层;采用低损耗的Rogers 5880微波板材进行毫米波射频传输。为提高通道间和级联功放间的隔离度,进行金属隔墙处理,以获得更好的物理隔离。通过对腔体进行电磁仿真,使腔体的谐振频率高于工作频带。该组件质量仅为41 g,输出功率不低于35.5 dBm,发射效率大于16%,可应用于毫米波SAR和固态发射机等场景。     

基于线聚焦菲涅耳透镜的空间聚光光伏系统特性的实验研究

对线聚焦菲涅耳透镜的空间聚光光伏系统的特性开展了实验研究,以期解决工程设计时多参数合理匹配和选择的问题。通过研制由菲涅耳透镜—单晶硅太阳电池光伏组件、太阳模拟器和测试设备组成的实验装置,开展了菲涅耳透镜失焦距离、聚光比和太阳电池短路电流、开路电压、最佳功率、填充因子、效率、温度等之间的关系以及不同失焦距离和不同太阳光线横向偏角对聚焦宽度的影响的实验测试和实验分析工作。研究结果表明：聚光太阳电池性能随短路电流和最佳功率的提高而提高,短路电流和最佳功率分别随聚光比的增加而近似呈线性增大,开路电压基本不随聚光比变化;失焦距离变化引起透镜聚焦宽度变化,进而影响电池表面辐射强度和有效聚光比,应控制失焦距离在可允许范围内;太阳电池串联电阻对聚光太阳电池工作性能存在不利影响,需尽可能选择低串联内阻、高填充因子的太阳电池;应保证聚光太阳电池具有良好的散热条件;太阳光线横向偏角会导致聚焦宽度变大、聚光比减小,并使聚焦光线偏离太阳电池,应控制横向偏角在规定范围内。研究结果为线聚焦菲涅耳透镜空间聚光光伏系统工程设计提供了技术支持。     

D／A变换静态误差的机助分析

12位以下D/A变换的静态误差(包括线性误差和微分线性误差等)主要取决于其电阻网络的精度。根据要求的静态误差限制值来确定网络电阻的容差,或者由已知电阻网络来预测和分析D/A变换的静态误差,是D/A变换研制工作中的一项重要工作。本文提出用蒙特卡洛法来进行这项计算机辅助分析,并以10位D/A变换为例说明仿真过程。文中提供的方法和给出的结果可供有关工程技术人员参考和引用。     

质量矩复合控制拦截器一体化制导控制方法

在建立质量矩复合控制拦截器制导控制一体化数学模型的基础上,利用微分几何策略对一体化制导控制系统进行了设计,给出了发动机期望控制力矩和滑块期望位置指令,并采用极点配置方法对反馈控制系数进行了设计。为保证系统具有能控性,对滑块质量和发动机稳态推力参数进行了设计。仿真结果表明,该方法能实现拦截器末段的制导控制,同时能降低对滑块执行机构的功率要求。     

执行器故障下的运载火箭非奇异终端滑模容错控制

针对存在未知外部干扰和执行器卡死故障的运载火箭，提出了一种基于非奇异终端滑模面的姿态跟踪控制算法。首先，建立了考虑干扰和执行器卡死故障的运载火箭姿态控制系统多输入多输出系统模型；然后定义了运载火箭姿态跟踪系统模型，针对定义的模型，设计了一种非奇异终端滑模面，使得系统在执行器故障情况下仍能较为精确地跟踪参考信号。基于李雅普诺夫函数证明了运载火箭姿态跟踪控制系统的稳定性和有限时间收敛特性。数值仿真检验了本文基于非奇异终端滑模运载火箭姿态跟踪控制算法的有效性。