【摘要】：太陽(yáng)電池是航天器的主要供電來源,對(duì)其I-V特性的準(zhǔn)確標(biāo)定可以為航天器電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供有效的參考數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的地面太陽(yáng)模擬器不能完全模擬真實(shí)空間條件下的太陽(yáng)光照,導(dǎo)致科研人員無(wú)法對(duì)新型空間用太陽(yáng)電池進(jìn)行準(zhǔn)確的標(biāo)定,進(jìn)而無(wú)法對(duì)其等效數(shù)學(xué)模型中的未知參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確辨識(shí),使太陽(yáng)電池的性能評(píng)估、設(shè)計(jì)優(yōu)化及應(yīng)用受到嚴(yán)重影響。本文圍繞空間太陽(yáng)電池的I-V特性標(biāo)定技術(shù)與太陽(yáng)電池參數(shù)辨識(shí)方法展開研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,根據(jù)空間環(huán)境條件及標(biāo)定任務(wù)需求,基于STM32單片機(jī),使用MOS管搭建可調(diào)電子負(fù)載,設(shè)計(jì)了一套可在高空環(huán)境中對(duì)太陽(yáng)電池I-V特性數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)高精度采集的標(biāo)定系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為后續(xù)進(jìn)行太陽(yáng)電池模型參數(shù)辨識(shí)中I-V數(shù)據(jù)的獲取奠定硬件基礎(chǔ)。其次,針對(duì)傳統(tǒng)方法無(wú)法精確求解太陽(yáng)電池模型中未知參數(shù)的問題,提出一種改進(jìn)鯨魚優(yōu)化算法。在算法初始化階段,利用混沌映射的遍歷性、偽隨機(jī)性和規(guī)律性提高種群分布的均勻性;在個(gè)體位置更新階段,利用rand to best差分變異模式豐富種群的多樣性。通過標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)驗(yàn)證算法的改進(jìn)性能,并將其應(yīng)用到太陽(yáng)電池模型參數(shù)辨識(shí)問題中。再次,針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差分進(jìn)化算法存在易陷入局部最優(yōu)的問題,提出一種改進(jìn)的差分進(jìn)化算法。利用基于精英策略的混沌帳篷映射初始化方法產(chǎn)生分布更加均勻、質(zhì)量更高的初始解;引入自適應(yīng)放縮因子使其實(shí)現(xiàn)隨迭代進(jìn)化的自適應(yīng)調(diào)節(jié),豐富種群的多樣性,加快算法收斂速度;引入進(jìn)化模式選擇機(jī)制,將DE/rand/1/bin模式和DE/best/1/bin模式的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合,提升算法的尋優(yōu)效率。通過標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)驗(yàn)證該算法的尋優(yōu)性能,并將其應(yīng)用到太陽(yáng)電池模型參數(shù)辨識(shí)問題中。最后,通過實(shí)驗(yàn)艙模擬低溫低壓的高空環(huán)境,對(duì)整個(gè)標(biāo)定平臺(tái)的工作性能進(jìn)行分析研究。通過整個(gè)標(biāo)定系統(tǒng)的外場(chǎng)試驗(yàn),采集到的I-V數(shù)據(jù)對(duì)太陽(yáng)電池模型的未知參數(shù)進(jìn)行辨識(shí),得到辨識(shí)精度較高的模型未知參數(shù)。
【圖文】：

陽(yáng)模擬器法和微分光譜法[32]。次典型的空間標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)的高空氣球標(biāo)定的方式將測(cè)試平臺(tái)運(yùn)送至約 36km 左右的池，電池組裝成標(biāo)準(zhǔn)模塊，并配備阻值適，在平飄過程中對(duì)太陽(yáng)電池的短路電流數(shù)收的標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池用作太陽(yáng)模擬器和地估具有類似光譜響應(yīng)特性的其他太陽(yáng)電池通過這種方式進(jìn)行一次空間太陽(yáng)電池標(biāo)定究中心(CNES)也通過高空氣球?qū)⑻?yáng)電陽(yáng)電池標(biāo)定實(shí)驗(yàn)[34]。標(biāo)定的數(shù)據(jù)主要為太給太陽(yáng)電池的負(fù)極施加一個(gè)固定不變的負(fù)進(jìn)行等步長(zhǎng)變化的電壓，同時(shí)系統(tǒng)記錄下太流值。整個(gè)標(biāo)定系統(tǒng)如圖 1-3 所示。

圖 5-3 環(huán)境模擬測(cè)試實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖 CR1000 數(shù)據(jù)采集器對(duì)整套設(shè)備的關(guān)5-4 所示，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程持續(xù) 6.5 個(gè)小時(shí)電池標(biāo)定采集箱內(nèi)溫度和太陽(yáng)追蹤控制溫度低于 20℃時(shí)，有一個(gè)溫度回升的采集箱內(nèi)溫度保持在 25℃左右，而太，使箱內(nèi)產(chǎn)生較大的熱量，溫度下降較小時(shí)，之后維持環(huán)境溫度在-55℃，氣壓續(xù)工作 3 小時(shí)，期間太陽(yáng)電池標(biāo)定采集度維持在 30℃左右，說明整個(gè)系統(tǒng)保環(huán)境中，，狀態(tài)良好。同時(shí)在進(jìn)行環(huán)境實(shí)的無(wú)線設(shè)備對(duì)整個(gè)標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行操作指
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM914.4

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本文編號(hào)：2638752