發(fā)布時(shí)間：2018-04-28 17:42

  本文選題：太陽能電池陣 + 可靠性�。� 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：太陽能電池陣是衛(wèi)星非常重要的組成部件,是衛(wèi)星能否正常工作的關(guān)鍵因素,因?yàn)殡姵仃噷⑻峁┱麄�(gè)衛(wèi)星平臺(tái)的電能,所以太陽能電池陣的可靠性問題是個(gè)非常重要的研究課題。衛(wèi)星在軌飛行過程中,太陽能電池陣的輸出功率往往會(huì)有一個(gè)緩慢衰減的過程,雖然衰減的比較緩慢,但是衛(wèi)星在太空運(yùn)行的工作生命周期往往都至少有十幾年,甚至更長,維修和替換也都非常困難,所以需要對(duì)太陽能電池陣的退化模式進(jìn)行精確的分析,來得到太陽能電池陣的壽命評(píng)估結(jié)果。我國目前有近百顆在軌運(yùn)行的衛(wèi)星,部分型號(hào)的衛(wèi)星太陽能電池陣的在軌退化數(shù)據(jù)從形態(tài)上具有多個(gè)階段的特性,每個(gè)階段之間具有跳躍性,即功率的突然變化,這些突然變化往往是由于太空中的意外情況造成元器件或者結(jié)構(gòu)損壞導(dǎo)致。這使得太陽能電池陣的退化模式具有兩種失效模式混合的特點(diǎn),這兩種失效模式分別為緩慢衰減的軟失效模式,和突然大額衰減的硬失效模式。本文提出了針對(duì)這種混合模式的退化數(shù)據(jù)的可靠性分析方法,可以從退化數(shù)據(jù)中識(shí)別拆分出硬失效模式和軟失效模式,然后綜合總體考慮兩種失效模式,對(duì)太陽能電池陣進(jìn)行可靠性評(píng)估。該方法將先利用ARMA混合的隱馬爾可夫模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,隱馬爾可夫模型中的狀態(tài)鏈展示了硬失效模式的特點(diǎn)。通過求解出隱馬爾可夫模型中的狀態(tài)鏈,我們就可以得到硬失效模式的具體形式。在完成建模的基礎(chǔ)工作之后,我們將提出一個(gè)迭代算法,用來對(duì)隱馬爾可夫模型進(jìn)行求解。該迭代算法綜合了非線性最小二乘法,遞歸拓展最小二乘法,EM算法等。利用該算法,我們可以求解出隱馬爾可夫模型中的相應(yīng)參數(shù)。通過仿真分析,我們發(fā)現(xiàn),該迭代算法不僅可以得到準(zhǔn)確的跳躍點(diǎn)信息,還可以得到精確的參數(shù)估計(jì)值。而且迭代算法的效率也比較高,不管跳躍點(diǎn)有多少個(gè),整個(gè)算法在三到四步左右就可以達(dá)到比較好的收斂效果。最后將根據(jù)設(shè)定的模型和估計(jì)的參數(shù),計(jì)算太陽能電池陣的可靠性結(jié)果和剩余壽命結(jié)果,與理論設(shè)定值的結(jié)果很接近。另外,由于設(shè)計(jì)技術(shù)及材料科學(xué)的不斷發(fā)展進(jìn)步,對(duì)于新材料或者新結(jié)構(gòu)的太陽能電池陣,可靠性評(píng)估和壽命預(yù)計(jì)也成為了非常重要的課題。在大多數(shù)情況下都需要在衛(wèi)星還未發(fā)射到太空之前對(duì)太陽能電池陣進(jìn)行評(píng)估。但是在這種情況下,我們并沒有實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)可以用于可靠性評(píng)估。本文提出了一個(gè)利用相似產(chǎn)品在軌運(yùn)行可靠性評(píng)估結(jié)果的可靠性推斷方法。該方法主要思路是根據(jù)累計(jì)輻照劑量為不變量依據(jù)來推斷太陽能電池陣的可靠性結(jié)果。先利用地面加速試驗(yàn)得到電池片退化與累計(jì)輻照劑量的模型,再結(jié)合在軌運(yùn)行環(huán)境中的累計(jì)輻照劑量變化函數(shù),來得到新太陽能電池片的可靠性結(jié)果。地面加速試驗(yàn)中獲得的試驗(yàn)結(jié)果,表現(xiàn)出電池片退化率的方差隨著累計(jì)輻照劑量增加而增加的現(xiàn)象,本文將利用線性異方差模型來擬合具有這種異方差性質(zhì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。隨后根據(jù)模型得到具有樞軸量表示形式的參數(shù)估計(jì)值,進(jìn)而利用Fiducial推斷方法來得到太陽能電池片的可靠性結(jié)果和壽命分布,并以一個(gè)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的太陽能電池陣為例,計(jì)算了電池陣的可靠性結(jié)果和壽命分布。在軌運(yùn)行環(huán)境中的累計(jì)輻照劑量變化函數(shù)將根據(jù)相似產(chǎn)品,即在軌運(yùn)行多年衛(wèi)星的太陽能電池陣,退化模式結(jié)果和地面加速試驗(yàn)中的試驗(yàn)結(jié)果來得到。此外,做整個(gè)太陽能電池陣的可靠性分析時(shí),還要結(jié)合電池陣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),本文以表決系統(tǒng)的方式來表現(xiàn)太陽能電池陣的特殊失效判斷方式。最后,本文將給出新太陽能電池陣的可靠性最終結(jié)果。
[Abstract]:This paper proposes an iterative algorithm for the reliability evaluation of the solar cell array . The reliability and life distribution of the battery array are calculated . The cumulative irradiation dose variation function in the orbit operation environment will be obtained according to the experimental results of similar products , i.e . , solar cell array , degradation mode result and ground acceleration test of multi - year satellite . In addition , the special failure judgment mode of the solar cell array is expressed in the way of voting system when the reliability analysis of the whole solar cell array is made . Finally , the reliability end result of the new solar cell array will be given .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V442

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