航天器電源系統(tǒng)作為航天器系統(tǒng)核心部分,主要完成產(chǎn)生電能、調(diào)節(jié)電能、儲存電能和分配電能等功能,是至關(guān)重要的基礎系統(tǒng),且由于體積、重量及經(jīng)濟可行性的限制,航天器電源系統(tǒng)無法像其他分系統(tǒng)一樣實施雙機備份。本文依托探月工程二期、國家自然科學基金等工程項目與研究基金,圍繞航天器設計階段和在軌服務階段電源系統(tǒng)能量平衡這一核心問題,通過太陽電池陣透光性遮擋分析和計算、部分遮擋情況下太陽電池陣布片優(yōu)化、電源系統(tǒng)多目標優(yōu)化設計、鋰離子蓄電池荷電狀態(tài)估計及月球巡視器電源系統(tǒng)模擬驗證,這五個方面進行深入研究并改進,以合理設計和減少遮擋對太陽電池陣造成的影響、精確計算不同軌道位置和姿態(tài)下太陽電池陣輸出功率、快速準確估算電池荷電狀態(tài),為航天器電源系統(tǒng)能量平衡分析、配置優(yōu)化以及在軌管理提供支撐。航天器在軌運行時,艙外大型構(gòu)件對太陽電池陣造成的復合遮擋包含金屬網(wǎng)布的透光性遮擋與實體部件的非透光性遮擋,并導致太陽電池陣輸出功率下降。針對該問題,對航天器構(gòu)件進行三維建模,提出精確計算透光性遮擋的方法,以最小重復單元對金屬網(wǎng)布進行三維建模并求取不同光照下金屬網(wǎng)布透光率,建立透光率與入射光方向之間的對應關(guān)系以快速準確計算含...

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
        1.2.1 航天器電源控制器發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 太陽電池陣部分遮擋問題的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 航天器電源系統(tǒng)設計優(yōu)化的研究現(xiàn)狀
        1.2.4 航天器鋰離子蓄電池荷電狀態(tài)估計的研究現(xiàn)狀
    1.3 目前面臨的問題
    1.4 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 太陽電池陣透光性遮擋計算及影響分析
    2.1 引言
    2.2 航天器構(gòu)件建模與陰影計算
        2.2.1 構(gòu)件的三維建模
        2.2.2 構(gòu)件在太陽電池陣上的陰影圖形計算
    2.3 金屬網(wǎng)布透光率分析
        2.3.1 金屬網(wǎng)布的構(gòu)造和建模
        2.3.2 基于最小重復單元的透光率計算
        2.3.3 透光率計算實例與實驗驗證
    2.4 含金屬網(wǎng)布構(gòu)件透光性遮擋的陰影計算方法
        2.4.1 含金屬網(wǎng)布構(gòu)件模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
        2.4.2 透光性遮擋陰影圖形計算
        2.4.3 透光性遮擋陰影計算實例與分析
    2.5 透光性遮擋情況下太陽電池陣輸出特性
        2.5.1 模型與計算方法
        2.5.2 太陽電池陣輸出特性仿真結(jié)果及分析
    2.6 本章小結(jié)
第3章 部分遮擋情況下太陽電池陣的布片優(yōu)化
    3.1 引言
    3.2 部分遮擋情況下太陽電池陣電性能評價指標
    3.3 基于遺傳算法的太陽電池陣布片優(yōu)化設計
        3.3.1 多目標遺傳算法
        3.3.2 布片編碼方法
        3.3.3 個體選擇方法
        3.3.4 交叉和變異方法
    3.4 布片優(yōu)化實例與實驗驗證
    3.5 本章小結(jié)
第4章 航天器電源系統(tǒng)多目標優(yōu)化設計
    4.1 引言
    4.2 基于仿真的航天器電源系統(tǒng)設計方案優(yōu)化方法
        4.2.1 仿真層架構(gòu)
        4.2.2 優(yōu)化算法層架構(gòu)
    4.3 單目標雙變量優(yōu)化設計算例
        4.3.1 發(fā)射重量單目標優(yōu)化問題描述
        4.3.2 理論分析法優(yōu)化設計
        4.3.3 基于仿真的優(yōu)化設計
        4.3.4 兩種優(yōu)化設計結(jié)果對比分析
    4.4 多目標多變量優(yōu)化設計算例
        4.4.1 發(fā)射重量與費用雙目標優(yōu)化設計問題描述
        4.4.2 優(yōu)化結(jié)果分析
    4.5 優(yōu)化結(jié)果半物理仿真校驗
        4.5.1 半物理仿真平臺軟件架構(gòu)
        4.5.2 半物理仿真平臺硬件組成
        4.5.3 多目標多變量算例優(yōu)化結(jié)果校驗
    4.6 本章小結(jié)
第5章 鋰離子電池荷電狀態(tài)的快速估計
    5.1 引言
    5.2 鋰離子電池模型及參數(shù)提取
        5.2.1 鋰離子電池模型
        5.2.2 模型參數(shù)提取
    5.3 荷電狀態(tài)快速估計方法
        5.3.1 由短時間內(nèi)的電流估計濾波電流
        5.3.2 荷電狀態(tài)估計
    5.4 實驗驗證及分析
        5.4.1 參數(shù)提取
        5.4.2 恒流放電實驗
        5.4.3 復雜工況放電實驗
    5.5 本章小結(jié)
第6章 月球巡視器電源系統(tǒng)模擬驗證
    6.1 引言
    6.2 電源系統(tǒng)模擬驗證節(jié)點架構(gòu)與模塊設計
        6.2.1 月塵積累建模及影響規(guī)律分析
        6.2.2 月夜喚醒仿真流程設計
        6.2.3 二次電源控制器仿真建模
        6.2.4 電纜網(wǎng)分析及建模
        6.2.5 負載仿真模塊設計
    6.3 仿真結(jié)果與分析
        6.3.1 28天連續(xù)工況
        6.3.2 惡劣工況
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3781755