卫星电源系统优化设计

对卫星电源系统进行总体优化设计是提高其可靠性和性能,减轻重量的一条重要途径。以太阳同步轨道卫星为背景,研究了太阳电池阵/蓄电池组联合电源系统的优化设计。包括以下内容:(1)轨道光照条件的计算方法;(2)研究了固定展开式、一个自由度对日定向式和两个自由度对日定向式等构型的太阳阵的最佳应用范围,建立了太阳阵的直流分析模型;(3)建立了蓄电池组的容量设计方法和直流分析模型,对蓄电池组的组成和充电方式,能量多圈平衡等问题进行了优化分析;(4)以太阳阵的输出功率为目标,对峰值功率跟踪(PPT)和直接能量传输(DET)两种太阳阵功率调节方式的应用范围进行了分析和比较。以电源系统的重量功率比最小为目标函数,对四种典型DET方式的电源系统配置方案进行了优化比较;(5)建立了以母线为核心的电源系统的交流小信号模型,导出母线阻抗,稳定性,瞬态响应和纹波的分析方法,对母线性能进行了优化设计;(6)对SEDSAT-1小卫星电源系统进行了仿真实验,部分验证了上述研究结果。本文的研究可用于电源系统总体设计的方案比较和方案优选过程。它将有助于定量地比较和优选电源系统设计方案,并实现降低重量功率比和提高性能的目的。     

磁悬浮飞轮用BLDC系统的仿真方法与实验分析

对以数字信号处理器(DSP)为控制器的磁悬浮飞轮用无刷直流电机(BLDC)系统,提出了一种在Matlab/Simulink中新的仿真方法,并通过实验,分析了该方法的有效性和适用性。通过构建各种功能模块,如无刷直流电机模块、三相逆变桥模块、逻辑换相模块和控制模块,实现了仿真方法;通过使用C MEXS-函数和子系统封装等Simulink模型优化技术,提高了仿真精度和速度。最后仿真和实验结果吻合较好,表明该仿真方法较为正确,对磁悬浮飞轮用BLDC系统的分析和设计具有重要的实用价值。     

基于AMESim主平台的Simulink/Flowmaster联合仿真技术研究

为更简便地实现AMESim,Simulink,Flowmaster三个软件平台的联合仿真,提出了一种基于AMESim主平台的Simulink/Flowmaster联合仿真方案,用AMESim平台调用Simulink模块接口以及AMESim/Flowmaster平台提供的二次开发的功能实现AMESim,Simulink,Flowmaster三个软件的联合仿真。先进行AMESim/Simulink平台间通信,通过两者间的软件接口将Simulink模块导出为AMESim可调用模块,实现联合。再进行AMESim/Flowmaster平台间联合,因AMESim/Flowmaster平台间无直接接口,用这两个软件提供的二次开发功能,通过读写数据库实现两者的数据通信,其中与读写数据库通信相关的函数库需提前开发。再次建立三个平台各自的模块,实现三者的联合仿真。案例证明了该联合仿真系统的可行性。该法可用于类似平台间的联合。     

火星环绕器推进系统建模与可视化研究

针对液体推进系统的联合仿真演示需求,基于模块化建模思想,根据守恒方程和状态方程,应用AMESim开发了通用液体火箭发动机组件模块库并建立了推进系统仿真模型,利用Simulink和LabVIEW开发了仿真控制模块和视景仿真模型,搭建了全系统联合仿真环境与平台.结合某型火星环绕器推进系统的任务要求以及具体构成,实现了该火星...     

卫星S3R功率调节电源系统稳定性分析

针对大功率脉冲型负载应用造成的卫星电源系统运行不稳定问题,依据稳定性阻抗判据,建立以顺序开关分流调节器(S3R)为拓扑的电源系统在正常工作状态时输出阻抗的小信号模型。通过仿真对输出阻抗的影响因素进行分析,采用注入电信号的方法测量卫星电源系统的输出阻抗,并在小卫星平台上进行测试验证。结果表明,通过测试能够有效地获得电源系统的输出阻抗,并可由此确定卫星平台电源系统的稳定性指标要求。     

三结砷化镓太阳电池锂离子蓄电池的小卫星电源分系统仿真模型研究

目前，小卫星电源分系统大多采用太阳电池阵 蓄电池组的联合供电模式。三结砷化镓太阳电池凭借高转换率、高可靠性的优势，已广泛用作小卫星在光照区运行的唯一供电单元；锂离子蓄电池的长寿命、高能量密度特性，也使其逐步替代镉镍、氢镍电池作为小卫星的储能单元。文章通过分析某小卫星的三结砷化镓太阳电池、锂离子蓄电池组的数学模型和电源控制器的逻辑模型，结合在轨运行的温度、光照及衰减情况，建立电源分系统的SIMULINK仿真模型，得到仿真曲线，并将仿真数据与星上遥测数据对比。研究结果表明，在忽略入影、出影时太阳反照使得温度骤变的情况下，该小卫星的遥测值与模型的仿真结果相符，表明该仿真模型真实有效。     

航天器回收着陆仿真软件系统(ARLSSS)简介

文章主要介绍了回收系统工作过程仿真软件系统。通过运用基元模型和分层建模的思想以及面向对象的程序设计方法 ,ARLSSS(AerocraftRecoveryandLandingSimulationSoftwareSystem)构建了一个开放的回收系统仿真平台。在此基础上 ,分别构建了神舟 (SZ)飞船和某型号卫星回收过程两套仿真系统 ,较好地实现了用户界面前后处理关系和逼真的可视化模块。ARLSSS已经在几个回收系统的仿真中得到了成功地应用。     

基于RecurDyn的动力学与控制一体化仿真模式研究

研究以动力学软件RecurDyn所建立的复杂卫星动力学模型,和以Simulink和C++语言分别建立的控制系统模型间的一体化仿真模式,通过2次开发和数据通信接口的编制,提供了2种实现该复杂卫星系统动力学模型与2类控制系统模型间的一体化仿真模式。     

一种SAR卫星电源变换器快速响应控制策略

合成孔径雷达(SAR)卫星的电源工作在脉冲模式,输出负载变化快且负载电流很大。为满足电源电压瞬态响应等关键供电指标的要求,保证输出电压保持在指标范围内,提出一种SAR卫星电源Buck变换器快速响应控制策略。该控制策略综合线性控制和非线性控制的优势,在瞬态过程中,非线性控制基于输出电压阈值检测接管母线电压控制,一旦输出电压恢复到允许的范围内,线性控制器继续进行电压调节控制,能在不增加输出滤波器的条件下提升系统的动态响应。通过仿真和试验与传统的比例积分(PI)控制策略进行对比,结果表明:文章提出的控制策略能在不增加输出电容的情况下,减小电压动态跌落并提高响应速度,提升SAR卫星电源变换器的动态性能。     

SAR卫星电源系统设计与仿真研究

根据SAR卫星有效载荷的脉冲、大功率工作等典型特点及对电源母线稳定度的较高要求,设计了单母线、不调节电源系统方案,建立了电源系统的仿真模型。针对不同负载情况,分别对SAR卫星处于光照区和地影区时,其脉冲大功率电源系统在恒功率负载、负载突减和负载突加的情况进行了仿真分析。仿真结果表明此电源系统稳定,能够满足SAR卫星有效载荷的供电要求。     

基于实测数据的卫星公路运输动力学特性仿真分析方法

为解决卫星运输跑车试验耗时耗力的问题,采用仿真方法研究了卫星在公路运输过程中的动力学特性。先基于大量实测数据,建立仿真分析输入谱;再通过Patran/Nastran有限元软件建立包装箱–卫星的联合仿真模型,对经过组合体模态试验修正后的模型进行了模态分析和随机振动响应分析,得到了模型的前6阶模态振型以及关键部位的加速度和应力响应RMS值。结果表明:联合仿真模型各部位的应力RMS值远低于材料屈服极限,卫星结构具有足够的安全裕度。该仿真分析方法可以准确有效地分析卫星在运输过程中经受的力学环境,为卫星结构及包装箱设计提供依据。     

基于Simulink的导弹控制系统参数优化设计

介绍了用Simulink对导弹控制系统进行设计和仿真的步骤和方法。以某导弹俯仰通道控制系统设计为例,应用最优化技术,通过建立被优化系统的数学模型和选择合适的最优化求解方法,利用Simulink Response Optim ization模块对导弹控制系统设计参数进行了优化设计。研究结果表明:设计出的导弹控制系统具有良好的动静态性能,很好地满足了战术技术要求,证明了应用计算机辅助优化设计技术可以在短时间内设计出性能优良的导弹控制系统。     

SATSIM—A real-time multi-satellite simulator for test and validation in formation flying projects

The satellite simulator SATSIM was developed during the experimental PRISMA multi-satellite formation flying project and was primarily aimed to validate the Guidance, Navigation and Control system (GNC) and the on-board software in a simulated real-time environment. The SATSIM system has as a main feature the ability to simulate sensors and actuators, spacecraft dynamics, intra-satellite communication protocols, environmental disturbances, solar illumination conditions as well as solar and lunar blinding. The core of the simulator consists of MATLAB/Simulink models of the spacecraft hardware and the space environment. The models run on a standard personal computer that in the simplest scenario may be connected to satellite controller boards through a CAN (Controller Area Network) data bus. SATSIM is, in conjunction with the RAMSES Test and Verification system, able to perform open-loop, hardware-in-the-loop as well as full-fledged closed-loop tests through the utilisation of peripheral sensor unit simulators. The PRISMA satellites were launched in June 2010 and the project is presently in its operational phase. This paper describes how a low cost but yet reliable simulator such as the SATSIM platform in different configurations has been used through the different phases of a multi-satellite project, from early test of onboard software running on satellite controller boards in a lab environment, to full-fledged closed-loop tests of satellite flight models.     

噪声整形高压大功率空间EPS研究

高压大功率及模块化安装的卫星功率平台,采用S4R(Sequential Series Shunt Switch Regulator)功率调节技术。针对提高高压大功率空间EPS的效率及动态响应,采用非线性重叠调用和2阶噪声整形调制技术,解决了基于S4R型功率EPS单纯增加输出滤波电容来提高平台动态性能及效率问题。仿真及实验结果表明了该方法的有效性。     

基于Matlab/Simulink的运载火箭6自由度运动仿真

以CZ系列运载火箭为对象,提出了一种基于MATLAB/Simulink的运载火箭6自由度运动仿真的方法。采用模块化的建模思想,建立决定箭体运动相关部分的数学模型,包括空气动力模型、发动机推力模型、六自由度运动学模型,然后对各个子模块分别采用Simulink建立单元仿真模型。通过对单元仿真模型的集成得到了火箭6自由度运动的仿真模型,基于该仿真模型进行了单元仿真。对比实测数据,证明提出的方法可行,模型建立正确。     

用于微小卫星推进装置的脉冲等离子体推力器

论述了脉冲等离子体推力器(PPT)的工作原理和研究状况。在分析其主要优缺点的基础上，讨论了PPT技术的发展方向，并就PPT的应用前景作了展望。分析认为PPT是一种先进的小推力动力装置，特别适合于微小卫星的轨道转移、姿态控制、位置保持以及星座编队飞行。     

嫦娥四号中继星供配电系统设计与应用（英文）

A 28 V-half-regulated power bus topology and an integrated PCDU(Power Conditioning and Distribution Unit) were adopted to meet the energy demand for the Chang'e 4 relay satellite. This paper first introduces the mission features and composition of the PSDS(Power Supply and Distribution System) for the Chang'e 4 relay satellite. Due to this satellite's unusual orbit, operational mode and project restrictions, special analysis and design was conducted on the PSDS from the perspective of weight-reduction, power management, and reliability and so on. Extreme low temperature storage of SA(Solar Array) was considered and how the antenna affects the SA was analyzed. A new kind of high-specific-energy 45 Ah(Ampere-hour) battery cell was used for the first time. To make sure that the satellite would successfully pass the long shadow zones, a 100% DOD(Depth of Discharge) experiment was carried out on the battery. Since the sunlight is almost always available and there are very few times for the battery to charge or discharge, battery care to extend its lifetime is also discussed. PCDU is a device that integrates power conditioning and power distribution in one unit. The PCDU on Chang'e 4 relay satellite can output more power with less weight because of the adoption of a 28 V-half-regulated power bus topology which was also used for the first time and used lighter material for its mechanical framework. Experiment under low temperature on PCDU was conducted as well and a hot backup equalizing charge technique which is beneficial to keep performance of the battery is illustrated. The power distribution module, which is a module of PCDU, enhances the power utilization security by utilizing a static impedance measurement and build-in-test to avoid possible short circuits. As for EED(Electrical Explosive Device) module, a protection plug was specially designed and three switches with different functions were connected in series to prevent the EED from exploding by error. In addition, the allowable minimum EED bus voltage for each EED was evaluated in case of low battery voltage caused by the possible postponement of the launching time. Complete verification experiments on the ground were conducted to confirm the correctness of the design and on-orbit test data conformed to the expected results and theoretical calculation. The power supply and distribution system has been working normally since the day the Chang'e 4 relay satellite was launched into space.     

GPS中频信号处理的Simulink实现

基于M atlab/S imu link软件,设计实现了GPS接收机的核心部分之一的数字中频信号处理模块的仿真模型。模型可实现中频信号的捕获、跟踪和解调处理。给出在所模拟的信号源输入条件下的处理结果,结果表明模型的设计正确可行。模块可以为各种新的GNSS高性能信号处理方法的设计和评估提供一个可视化的研究平台。