皮卫星在轨能量平衡仿真研究

针对浙江大学皮卫星由于输入能量条件差以及采用非调节母线和体装式结构,使其能量平衡计算相对于传统卫星更加复杂的特点和电源电路的特殊设计,对电源系统进行了建模. 通过实时计算太阳电池、蓄电池和负载的在轨工作参数以及分析实时的电流平衡、电压平衡和能量平衡,最终得到真实的能量平衡仿真模型. 对理想运行条件、实际环境条件和考虑卫星姿态失效的最差条件分别进行了仿真. 结果表明,在理想条件下可以完全保证整星能量平衡;在实际环境下最大平衡功率能忍受实际负载约10%的拉偏;在最差姿态条件下已几乎没有裕量,但能完全保证卫星安全模式下的负载功率能量平衡.     

ZDPS-1A卫星电源系统设计与在轨验证

为满足“皮星一号A”（ZDPS-1A）卫星微小型化的要求,提出一种新型电源系统的设计方案.通过采用三结砷化镓（Tri-Junction GaInP2/GaAs/Ge）太阳能电池、锂离子蓄电池等高效、轻型器件和在功率转换、分配电路中大量应用工业级集成电路芯片,以提高卫星功率和电源系统效率.通过简化供配电电路结构,合理规划工作模式,以提高电源系统的可靠性.建立基于Matlab/Simulink的能量平衡仿真系统,以研究卫星的能量平衡.分析卫星电源系统近一年的在轨数据、地面测试数据和仿真数据,结果表明：仿真得到太阳能电池输出平均功率为3.7 W,在轨输出平均功率高于4.5 W,电力充足、储能性能稳定;锂离子电池组功能正常,但工作电压长期高于母线电压设计最大值（4.2 V）,内阻逐渐增加,储能性能随时间下降;各系统负载长期工作后功率有所上升,但整星仍然能够保持能量平衡.     

微小卫星太阳电池阵的设计计算方法研究

通过全面分析太阳电池的种类和选择,并对影响太阳电池阵的各种因素进行讨论,提出了微小卫星太阳电池阵的设计方法。推导出了基于单圈能量平衡和多圈能量平衡的计算公式,并计算出所需太阳电池阵的面积。设计及计算结果表明:该算法用于微小卫星太阳电池阵的设计与计算是可行的。     

太阳同步轨道卫星电源系统供电模型及任务规划方法

传统的任务规划方法依据卫星寿命末期最恶劣条件下电源系统供电能力给出短期载荷允许的最大工作时间,导致卫星系统效能偏低。针对这个问题,首先给出了太阳同步轨道卫星的能源约束条件模型、锂离子蓄电池组充放电过程模型,以及影响太阳电池阵输出功率的输入条件模型,包括:太阳入射角、地球反照、姿态机动、星体对太阳电池的遮挡。在此基础上,提出了一种以任务执行时的电源系统状态和轨道光照条件状态下电源系统供电能力为输入条件,以能源约束条件为边界约束条件的任务规划方法,并给出了某光学遥感卫星典型工作模式下的任务规划结果。该任务规划方法可充分利用电源系统的供电能力,实现了短期载荷工作模式的任意组合,提高了卫星的使用效能。     

直流微网供电系统控制技术研究

根据风能发电与太阳能发电的相辅特性以及蓄电池的储能特性,构建了一套多电源供电的直流微网系统发电模型.通过对此系统的能量流动及运行特性的分析,提出了此系统的能量管理方案.分别绘制出了直流微网各组成部分的模块方框图以及仿真模型.针对逆变器的拓扑结构得出了其控制的数学模型,采用基于SVPWM的电压电流双闭环控制实现了微网在并网和离网两种运行模式下的稳定运行和自动平滑切换.最后通过仿真测试验证了分布式电源、蓄电池、负载以及电网在不同的工况下此能源控制方案的可行性,实现了此供电系统的稳定运行.     

某挠性卫星姿态控制系统设计

文中研究对象是带有太阳电池阵和天线等大挠性附件且太阳电池阵驱动的对地观测卫星.抑制太阳电池阵和天线挠性振动及太阳电池阵驱动对星体姿态影响是系统设计的目的.为此,选用带宽隔离法、坎值滤波器法对附件振动进行抑制;同时,针对卫星特殊飞行姿态所导致的通道间惯性耦合,设计了解耦算法给予解决;设计了具有低通滤波特性的外环修正回路,消除惯性基准单元的漂移误差及安装误差.将设计结果应用于对象模型并加入所有误差源后,进行仿真验证,系统设计结果满足给定的指标要求并有较大裕度.     

基于MC34063矿用本安直流不间断电源的设计

为了解决矿用供电电网停电导致通讯及监控设备无法正常工作的现状,设计了一种矿用直流不间断电源。采用降压型DC/DC转换器MC34063,充电管理采用UC3906以及LM339实现对不间断电源充电的管理。在交流供电正常时,交流供电系统供电;当交流电发生故障时,由蓄电池提供电源,并且蓄电池提供不小于两个小时的供电,满足了矿用不间断电源的要求。仿真测试结果表明,该直流不间断电源具有一定的实用性。     

皮纳卫星数据存储系统设计与在轨验证

为提高皮纳卫星数据存储系统性能和可靠性,提出了一种基于3种介质的"三级数据存储+三模容错架构"存储系统策略.首先,基于对星载存储介质的现状和故障特性分析,选择存储器件;然后对文件系统操作流程进行详细研究,提出错误来源;由此提出了采用ECC纠错、冗余备份和电流保护的方法提高系统可靠性;提前预分配文件空间,建立环形数据存储结构,以减少FS操作复杂性,降低错误率;结合RAM、FRAM、SD卡(secure digital card,SDC)三者的优点,采用三级数据存储策略来提高存储速度和故障容错能力;最后,通过地面实验测试,在1 MB总数量时,数据写入速度提高约4.7倍,任一SDC异常或者系统突然断电均不影响系统正常工作,数据丢失≤1帧,故障切换时间≤10 ms.卫星在轨运行过程中,FS、文件和介质均工作正常,且未影响其他系统工作.地面实验和在轨验证结果表明,数据存储系统方案有效可行,系统可靠性和读写性能均能满足卫星系统的任务需求.     

小卫星执行机构故障鲁棒容错姿态跟踪控制

针对小卫星在轨运行中存在干扰力矩与执行器故障姿态跟踪控制问题,提出一种反步自适应滑模变结构鲁棒容错控制方法.将反步控制和滑模变结构控制相结合,利用自适应算法估计执行器故障失效因子最小值、偏差型故障最大值和干扰值,在不进行故障检测和分离情况下,实现系统的容错控制和干扰抑制.基于Lyapunov方法从理论上证明系统的稳定性.将该方法用于小卫星的状态跟踪控制,仿真结果表明,控制器对部分失效和偏差型故障具有较强的容错能力和鲁棒性.     

孤立微网协同控制策略

针对微网储能系统受容量的限制,从而引起微网运行不稳定,提出一种改进的微网协同控制策略.采用双层协同控制结构,初级控制是蓄电池储能系统,次级控制是微网管理系统(MMS).初级控制保证微网频率在可接受的范围内,次级控制保证微网中最大的备用容量.采用详细的微源模型,准确地描述了不同类型分布式电源原动机部分对微网系统的影响,建立带有详细微源模型的微网仿真系统,并进行了仿真,仿真结果表明:该协同控制策略具有良好的动态性能,并能够保证供电质量的要求,有较理想的应用前景.