皮卫星电源系统的设计与仿真

为了满足皮卫星微小型化的要求,提出了一种新型卫星电源系统的设计方案.太阳电池阵 蓄电池组系统采用目前国内效率最高的三结砷化镓太阳电池阵和比容量最高的锂离子蓄电池,电源分配和变换广泛使用超低功耗工业级集成化器件,并且采用合理的筛选和测试手段保证系统可靠性.通过对太阳电池阵、蓄电池充放电和卫星负载进行建模,结合电源系统在轨运行的条件,仿真了卫星实时的能量状态,计算了在故障条件下电源系统的响应,以蓄电池容量变化作为能量平衡的判断依据.各种环境测试结果表明电源系统有效可靠,能量平衡仿真结果表明浙大皮卫星的能量策略不仅满足在轨运行条件,而且具有较强的抗故障能力.     

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.     

新型低频高压无线能量传输电源设计

针对目前电力设备热点温度与电流在线监控预警系统中存在安全隐患以及能量传输不稳定等问题,设计了一种微型,低成本,高可靠性,易安装维护,能提供持久稳定电能输出的无线能量传输电源.首先对接收线圈的维数进行了确定,进而对其进行了模型优化,计算出该电源的最优长、宽、高,以及线圈线半径和匝数;对系统进行了Matlab仿真.优化仿真结果表明:该电源在低频高压条件下,负载功率可以达10.18W,系统可以在近似2%波动范围内稳定高效地传输能量,达到了微型化、低成本、提供持久稳定电能输出的要求.     

反激式微弧氧化电源电流脉冲及其能量控制

为了有效控制脉冲能量,提出了一种多电流脉冲单元并联的反激变换微弧氧化功率电源方案.简要分析了微弧氧化电源的负载特性,建立了在微弧氧化负载条件下,耦合电感原副边进行能量交换时的等效电路模型,结合模型分析了能量交换过程对电流脉冲波形和脉冲能量的影响,并进行了仿真和实验研究.结果表明,电流脉冲波形主要受微弧氧化负载参数、负载...     

多小区多播无线携能通信鲁棒信干噪比平衡

针对非理想信道多小区多播协作网络中的供能问题,提出了一种鲁棒的无线携能通信优化方案,该方案以最差用户信干噪比最大化为目标、以每用户能量采集和每小区功率为约束,在保证用户能量采集约束和系统功率预算的前提下实现最差用户服务质量最优化.为了求解优化问题,采用半定松弛和S-引理将原始问题转化为拟凸优化问题,进而采用二分迭代算法得到问题的最优解.仿真结果表明,所提系统设计正确,迭代算法收敛特性良好.     

MCR-WPT负载对系统最优参数的影响

针对磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统的参数优化问题,文章研究了系统最大传输功率条件下的负载(最大功率负载)对系统参数的影响。基于集总参数理论,推导了最大功率负载的表达式,分析了传输距离、耦合系数、系统频率等参数与最大功率负载的关系,获得了不同负载下的系统最优参数,并进行了电路仿真分析,搭建了两线圈结构无线电能传输实验平台。仿真及实验结果表明,系统最优参数与最大功率负载之间有一对一关系,系统最优耦合系数随最大功率负载的增大而增大,最佳传输距离随最大功率负载的增大而减小,因而可在不同负载条件下选择系统最优参数,保证能量的最大传输。     

功率整流器的功率因数控制

对于交—直—交变频调速系统,在满足用电设备在动态过程中的电气要求的前提下,如何保证电源质量,并使线路的能量损耗最小,功率因数达到最高,是目前大中功率电气控制系统中必须解决的问题.本文从系统的设计和电气传输理论详细分析了能量最优的控制方法和实现技术,并给出了实时仿真结果.     

认知双向中继网络下分布式鲁棒波束成形

针对认知双向中继网络下信道状态信息不理想的情况,提出了基于信干噪比(SINR)平衡的分布式鲁棒波束成形算法. 该算法的最优波束成形因子在满足中继总功率和主用户接收端干扰功率受限的条件下,使认知用户在最差情况下的SINR最大化. 通过使用S-Procedure,并引入半正定松弛思想,可将原优化问题转化为凸优化可行性问题进行求解. 仿真结果表明,该算法可有效降低认知用户对主用户接收端的干扰,保证主用户的正常通信,验证了该算法的有效性和鲁棒性.     

基于碳化硅MOSFET三相逆变电路损耗新算法

提出了一种三相逆变电路功率开关器件损耗计算的新方法.为了达到将高频电力电子电路和实时仿真算法相结合应用于嵌入式实时仿真平台的目的,针对工程应用中逆变器损耗计算的实时性和精确性要求,该方法以实际电路可采样信号为基础,利用功率开关器件器件手册提供的产品参数,通过采样平均算法计算功率开关器件损耗.将采样算法值与小仿真步长的PLECS仿真结果做对比,结果表明新算法可以较为准确的计算损耗,并进一步提出了在硬件系统性能要求下尽可能保证损耗计算的精度要求的变采样频率算法.     

含启动开销总线网络实时可分性负载调度算法

针对异构总线网络,提出了一种含启动开销的实时可分性负载调度方法。建立了实时可分性负载调度的最优化模型,即在满足实时任务截止期限的约束条件下,使系统计算资源消耗最小化;根据可分性负载调度的最优性原理,分析了网络中处理器负载分配的最优次序以及参与计算的处理器数目;在此基础上提出一种实时可分性负载调度算法并给出了算法的实现流程,该算法能够利用网络中最少的处理器数目,保证实时任务在其截止期限之前计算完成。理论分析和仿真测试都验证了所提出算法的有效性。     

基于导轨结构的新型笼式皮卫星分离机构

针对国际上现有皮卫星分离机构存在的不足,提出采用切割器解锁、弹簧驱动、导轨限位、凸轮控制星体开始运动的时刻、锁紧轴锁紧和自带供电系统的“笼式”新型分离机构.这种结构大大降低了对星体的设计约束,避免了星体和舱门之间的碰撞和刮擦,降低了对火箭的依赖,大大提高了搭载的可能性.从分离机构的设计、分离过程理论计算以及试验验证等方面对分离机构进行了研究.仿真分析及试验结果表明：该设计能够完全满足分离机构质量、分离速度、轴向和横向过载、基频的要求,为后续分离机构的进一步研制提供了参考.     

基于需求侧储能提升电网均衡度的特性分析

将基尼系数的概念引入电力线路负载率均衡性评价中,提出一种新的衡量电网均衡度的指标．提出在电力需求侧配置储能装置,改善电网静态安全性的方法;利用潮流跟踪确定电力需求侧储能的最佳安装位置,并给出需求侧储能接入容量优化方法．通过算例分析,验证电力需求侧储能接入对电网的均衡度及潮流越限严重度具有较大的改善,表明所述模型的有效性．     

基于FEKO软件的星载天线EMC仿真

为分析卫星本体及星外部件对天线方向图特性的影响,确保天线在整星布局约束条件下能够正常工作. 本文利用FEKO软件进行了整星约束条件下天线电性能仿真计算,通过最恶劣工况仿真分析可知,天线方向图、增益等满足技术指标要求.     

基于太阳矢量的皮卫星姿态角测量误差分析

分别分析计算了皮卫星姿态角测量的两大误差源:太阳矢量实际测量误差和轨道模型演化计算的太阳矢量误差。首先针对皮卫星体积小、重量轻、功耗低的特点,采用设计的微型太阳敏感器测量太阳矢量,与轨道演化计算获得太阳矢量相比,该方法更适合获取皮卫星姿态角度信息。通过分析获得太阳入射角——光电流非理想的余弦特性、光电流的噪声起伏、处理电路非线性、A/D采样非线性、温度测量不确定性等因素导致的太阳矢量实际测量误差为5.74°。由于皮卫星自身的特点不允许采用复杂的轨道演化模型,基于Kepler轨道模型计算获得的太阳矢量误差为0.1°。因此,基于太阳矢量的皮卫星姿态角测量总误差为5.84°。     

压电振动能量采集器的性能分析与功率优化

为了预测压电振动能量采集器的输出特性,优化输出功率,以压电双晶片串联型振动能量采集器为研究对象,综合考虑结构与电路耦合因素,利用有限元法和ANSYS软件建立压电振动能量采集器的有限元机电耦合动力学模型和网格实体模型.分析在外力激振条件下负载电阻对压电振动能量采集器的振动特性和电输出特性的影响,得到不同负载电阻下压电能量采集器的振动特性和电输出特性曲线.通过调节负载电阻使之与能量采集器的阻抗匹配,实现了对能量采集器输出功率的优化,得到了优化的负载电阻和输出功率.研究结果表明,采用压电能量采集器能够输出大的开路电压、大的短路电流,优化后的开路和短路谐振时的最大输出功率分别达到57.81和55.12 W.     

基于Copula函数的建筑动力风荷载相关性组合

为了得到经济合理的抗风设计方案,提出一种基于Copula函数的高层建筑动力风荷载相关性组合方法.在某高层建筑模型高频动力天平试验(HFFB)数据的基础上,通过Copula函数和风荷载分量的边缘分布构建任意两分量的联合概率密度函数(JPDF),引入条件极值,计算二者的相关关系和组合值;利用各风向角下的组合值构建了最不利包络荷载组合,并以此为结构的设计风荷载.结果表明,该方法能够确定给定保证率下任意两风荷载分量的组合关系;以最不利包络荷载组合为设计风荷载能保证结构的抗风安全性.     

考虑空调负荷响应潜力的配电网电力弹性平衡方法

提出了一种考虑空调负荷响应潜力的配电网电力弹性平衡方法。首先,利用多因素耦合的空调聚合响应潜力评估方法定量分析空调负荷参与需求侧响应时的最大响应潜力;其次,构建考虑源荷运行特性的双层优化模型,以求取配电网中新能源出力的可信容量;最后,改进传统容载比计算方法,得到适用于新型配电网发展的电力弹性平衡方法。通过某地区实例,验证了所提方法的科学性和实用性。     

基于Smith预估的模糊PID串级中央空调水系统控制

为了避免部分负荷下空调运行所造成的能量损失,需对空调水系统进行变流量控制.针对一次泵水系统,采用一种带Smith预估的模糊PID复合串级控制系统,对最不利支路上压差和冷水机组回水温度进行串级优化控制.主控制器采用模糊PID参数自调整控制器.为消除纯延迟,副回路中加入Smith预估控制器.Matlab仿真结果表明,新的串级控制系统相比常规PID控制,响应速度快,具有良好的静态性能.     

液氮发动机的热力循环设计

针对基于单级朗肯循环的液氮发动机效率低和主换热器外表面结霜的问题，设计了基于等熵膨胀的液氮-甲烷-乙烯-R134a四级朗肯循环液氮发动机动力系统新方案.计算结果表明，液氮在所设计的热力循环下的比输出功比采用单级朗肯循环提高了129%；即便充分考虑不可逆因素的影响，液氮的比输出功也远大于蓄电池的比输出功.由于新系统中最上一级热力循环的温度超过水的冰点，避免了主换热器的结霜问题，同时将太阳热能引入新系统，进一步提高了动力系统的效率.比较了基于新循环与基于二级布莱顿循环的液氮动力系统，指出在理想情况下两者的比输出功接近，但当考虑压降和温差等实际因素时，二级布莱顿循环的比输出功远小于所设计的多级多组分朗肯循环.