超大功率电推进电源处理单元关键技术研究

针对深空探测等空间任务对超大功率(10kW~100kW范围)电推进系统的需求,通过对国内外超大功率电推进技术的调研,提出了一种50kW超大功率霍尔电推进系统电源处理单元（Power Processing Unit,PPU）设计方案,重点对核心的阳极电源关键技术进行研究,提出了四管Buck-Boost变换器和三相LLC谐振变换器级联的设计方案,为我国超大功率PPU的发展提供了技术参考。     

集成低频脉冲功率解耦端口的机载电源系统

为了消除高峰均功率比低频脉冲负载对有限容量机载交流供电系统的周期性冲击等不利影响,对开关器件进行集成和复用,提出了能够同时提供功率解耦端口和直流输出端口的三端口功率解耦整流器。通过将三端口整流器与DC/DC变换器组合,构造出集成低频脉冲功率解耦端口的机载电源系统,实现了直流侧周期性脉动功率和交流源侧功率的解耦,并保证低频脉冲负载正常供电需求。详细分析了三端口整流器的工作原理,提出了与之相适应的功率控制方法和调制策略,基于开关器件分时复用原理,实现了交流端口到两个直流端口的功率传输和分配,并实现了两个直流端口功率切换过程的平滑过渡。实验结果验证了所提三端口脉冲功率解耦整流器的有效性和可行性。     

应用于超级电容储能系统的双向DC/DC变换器混沌控制方法研究

超级电容储能系统(SCESS)主要通过对双向DC/DC变换器进行控制来快速平抑直流母线电压的波动。为了抑制控制过程中所产生的一些分岔和混沌现象,提出了一种应用于SCESS的混沌控制方法。分析了该方法的控制原理,并根据非线性动力学理论建立了双向DC/DC变换器的离散迭代模型;然后设计了一种能够自动调节补偿斜率的混沌控制信号;最后对该信号作用下的异步切换函数和同步切换映射式进行了数值求解,从而绘出系统分叉图。通过仿真和试验证明,该方法能够有效抑制SCESS的分岔和混沌现象,提高了系统的稳定工作范围和动态响应速度。     

Z源NPC三电平变换器恒功率并网控制策略研究

Z源中点钳位式(NPC)三电平变换器把逆变和升压两种环节结合在一起,结构简单、工作效率高,但是针对这种结构输出的无功功率研究较少。提出了一种Z源NPC三电平变换器的恒功率并网控制策略。首先对这种变换器的结构及原理进行分析;再把恒功率控制引入到这种变换器的并网控制中,并采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)实现了变换器的并网控制。MATLAB/Simulink软件仿真结果证明了这种变换器能够提高电压升压比。该控制策略可使变换器输出的有功功率、无功功率稳定于设定值,且并网电流谐波较低。     

永磁驱动重构型车载充电机三相DC/DC变流器的研究

提出了一种新型永磁驱动重构型车载充电机三相DC/DC变流器集成系统。该集成系统将永磁驱动的电机绕组和DC/AC逆变器重构成车载充电机实现电动汽车驱动-充电的集成,具有空间利用率高、充电快速和可靠性高等特点。分析了集成系统的结构和工作原理,推导了充电系统的三相DC/DC变换器数学模型。在此基础上,利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了驱动-充电集成系统仿真模型,对同步脉宽调制(PWM)控制和交错PWM控制策略进行仿真研究,分析对比了交流侧电压电流、直流侧电机绕组电感电流和直流侧电压波形。仿真结果表明,与交错PWM控制策略相比,同步PWM控制策略下该新型结构充电系统具有更好的运行性能。     

空间对接机构热真空环境对接与分离试验技术研究

为了验证对接机构在空间环境下的运动性能是否能满足设计要求,在研制过程中必须进行对接机构热真空环境下的对接与分离试验,试验方案的正确与否直接影响到航天器对接与分离的成败。针对对接机构在轨对接的工作过程,提出了利用飞轮模拟对接等效质量的试验方案,并根据提出的方案研制了对接机构热真空对接试验台,完成了对接机构热真空对接与分离试验。由试验结果可知,飞轮模拟等效质量的技术方案有效可行,可保证对接机构热真空对接与分离试验圆满完成。     

载人月面巡视器混合电源系统设计

针对载人月面巡视器电源负载能力受限问题,提出了基于太阳电池阵、蓄电池和超级电容器组成的混合电源技术。通过对现有的空间混合电源系统进行分析,确定了包含直流变换器的共太阳电池阵单母线结构的混合电源系统方案;建立了混合电源关键模块仿真模型,提出了功率分配控制策略,并对巡视器在大功率负载情况下的混合电源状态进行仿真,结果表明混合电源可按照功率分配控制策略调节蓄电池与超级电容器的充放电,达到了预期要求。     

并联H桥DC/DC变换器软开关技术研究

与传统的Buck电路相比,基于H桥并联的DC/DC变换器可以实现电压的双极性输出和故障时的冗余控制,非常适合用于大功率电动机正反转控制的场合。分析了并联H桥型DC/DC变换器的结构组成和双脉宽调制(PWM)模式。为了降低双脉宽调制下H桥型DC/DC变换器的开通和关断损耗,对无源软开关技术进行了分析,重点探讨了RCD缓冲电路和最小应力缓冲电路之间的性能差异,指出最小应力软开关技术可以获得更好的软开关性能,并就将其用于双脉宽调制下的并联H桥DC/DC变换器进行了仿真研究。仿真结果表明:最小应力软开关技术用于双脉宽调制下并联H桥DC/DC变换器时,可以实现开关管的零电压开通和零电流关断。     

载人月面着陆器贮箱热控方案分析

针对月球表面低温、高温热环境与地月转移过程空间深冷环境,提出了多种载人月面着陆器贮箱热控方案,对不同热环境下的不同热控方案进行仿真计算,得到了载人月面着陆器侧壁与贮箱温度变化趋势.结果表明:3种方案中,方案一系统代价最低,为最优方案;贮箱通过被动热控设计可以使温度满足任务要求,且不需要增加额外代价.     

复合材料推力室套筒高温工作状态地面模拟试验方法

通过惰性气体氛围模拟高空低密度氧含量,对飞行器末修系统复合材料推力室套筒高温下工作状态进行地面试验模拟,具体包括热-力顺序加载和热-力同时加载两种环境模拟试验方法。结果表明:地面试验达到了在不搭载高模试车的情况下对套筒承载能力和耐高温性能进行考核的目的,经飞行试验证实通过考核的套筒结构可以满足飞行工况使用要求。     

同步发电机整流系统带恒功率负载的稳定性分析

 在现代飞行器电源系统负载中,功率变换器和电动机驱动装置大量增加,所表现出的负阻抗特性对系统稳定性产生十分重要的影响。采用状态空间平均法对同步发电机整流系统带恒功率负载(CPL)的稳定性进行了分析研究。建立了同步发电机整流系统同时带阻性负载和恒功率负载时的小信号数学模型,通过讨论负载参数对系统稳定性的影响,得到系统带恒功率负载时的极限值和稳定工作区域,所设计的串联校正环节在一定程度上改善系统响应快速性的同时,使系统的相角裕度增加了53°,有效地提高了系统的稳定性。     

适用于无轴承开关磁阻电机的功率变换器设计

 无轴承开关磁阻电机不仅具有开关磁阻电机的优点,而且拓宽了无轴承技术的应用范围。而功率变换器是无轴承开关磁阻电机的重要组成部分,其向电机绕组提供电流,以产生所需转矩和悬浮力,对电机旋转和悬浮性能有重要影响。根据无轴承开关磁阻电机电磁转矩和悬浮力控制原理,详细分析了其对功率变换器的要求,提出了主绕组功率变换器和悬浮绕组功率变换器的设计原则,并分析了其各种工作模式和数学模型。最后通过对实验样机的调试,给出了实验结果,实现了无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮。     

基于小波变换的开关磁阻电机系统功率变换器故障诊断

适用于开关磁阻电机(SRM)驱动系统的功率变换器是决定系统可靠性的关键环节,功率变换器的长时间故障运行会导致整个系统的崩溃,因此,功率变换器的故障诊断具有重要的作用。采用离散小波变换方法,提取故障相电流的平均值与标准差的比值作为诊断特征量,对功率变换器斩波管和位置管的4种故障类型进行分析和讨论,实现了故障类型的确定与故障器件的定位。最后通过仿真和试验验证了所提的故障诊断方法具有良好的可行性和有效性。     

空间机械臂关节的热设计与热分析

针对空间机械臂关节内部功耗大、散热路径复杂、工作时间长、工作姿态复杂多变的热特点,对空间机械臂关节进行了详细热控设计,并进行了低温工况和4种高温工况下的热分析。通过低温工况的分析计算,得到了主动热控平均功耗为14.5 W,关节温度在-30.8～-20.8℃范围内,满足存储温度指标。高温工况分析了不同阳光照射状态下关节的温度分布及最长可工作时间,关节在极端高温状态下可工作2 h,满足使用要求。     

测月雷达用高压特种直流/直流变换器技术研究

针对高压特种直流/直流变换器须满足启动过冲小于1%的要求和月球探测环境下高压输出放电的问题,设计了输出电压缓起电路和多级升压电路,保证直流/直流变换器在低气压环境下的可靠工作,并且通过了测月雷达高压供电任务的验证,可为后续深空探测有效载荷的高压特种直流/直流变换器设计提供支持。     

基于BICMOS电流控制型多路输出电源的研制

介绍一种适用于低压、宽范围供电的多路输出DC/DC变换器,在功率电路中使用无损耗箝位电路实现了变压器磁芯的复位,控制电路使用第三代BICOMS电流控制型PWM,简化了电路设计、降低了噪声敏感度,给出了多路输出电源中变压器和耦合电感的工程设计的详细过程,同时分析了多路输出耦合电感对负载交叉调节性能的影响.研制的变换器输入电压范围8V-40VDC,输出5V/3A、±15V/0.5A、 10V/0.5A.     

双通道噪声激励与主动控制系统研究

以计算机声卡作为噪声发生装置,运用MATLAB驱动VXI总线仪器,构建一个实验室双通道声试验控制系统,采用多输入多输入比例均方根控制算法实现对空间两点噪声功率谱的控制,使两点的响应谱同时满足控制目标。进行了仿真分析与多次模拟试验,最后给出了两点噪声控制的试验结果,结果表明该控制系统基本能够满足控制要求,验证了文中方法的可行性,为噪声环境试验的深入研究提供了一定的参考价值。     

多电飞机容错作动系统拓扑结构分析

针对多电飞机电力作动系统,提出永磁容错电机及其容错驱动控制的拓扑结构,探讨系统的电气故障模式,研究防止故障传播的电、磁、热隔离设计,在理论上给出了容错电机相数的选取方法,采用独立的同轴电机组件实现高冗余系统。研究结果表明:电机、功率变换器和供电通道均采用以相为基本单位的模块化拓扑结构可实现多电飞机对作动系统的高容错要求。     

脉冲风洞热喷流实验方法初步研究

发动机燃气喷流对高超声速飞行器后体气动热环境有显著的影响,燃气喷流的物理模型对预测飞行器局部热环境有显著影响,为了利用脉冲风洞研究这类影响规律,研制了一套瞬态热喷流供气系统,建立了瞬态热喷流供气系统的工作方法。该系统的核心技术是利用氢氧燃烧驱动路德维希管（Ludwiegtube）,提供瞬态热喷流气源。本研究包括以下内容：不同氢氧比例对燃烧产物热力学状态及产生方式的影响;不同点火、破膜方式对气源产生及喷流流场稳定性的影响。本研究提出的热喷流供气系统可以提供满足缩比模型喷流实验所需喷流状态的热气源;可以在50ms内起动工作,满足与脉冲风洞同步工作的要求。     

适用于空间站各系统的密封材料

介绍了空间站各系统密封材料的使用环境及对材料的性能要求；对空间站中气动系统、推进系统和液压系统使用的密封材料进行了配方研制；重点对气动系统密封材料的环境适应性与空间卫生性给出了评估。结果表明，材料满足航天器使用环境的需要。