面向空间太阳电池的参数辨识方法及标定试验研究

发布时间：2020-04-24 08:36

【摘要】：太阳电池是航天器的主要供电来源,对其I-V特性的准确标定可以为航天器电源系统的设计提供有效的参考数据。传统的地面太阳模拟器不能完全模拟真实空间条件下的太阳光照,导致科研人员无法对新型空间用太阳电池进行准确的标定,进而无法对其等效数学模型中的未知参数进行准确辨识,使太阳电池的性能评估、设计优化及应用受到严重影响。本文围绕空间太阳电池的I-V特性标定技术与太阳电池参数辨识方法展开研究。主要研究内容如下:首先,根据空间环境条件及标定任务需求,基于STM32单片机,使用MOS管搭建可调电子负载,设计了一套可在高空环境中对太阳电池I-V特性数据进行自动高精度采集的标定系统。该系统的设计为后续进行太阳电池模型参数辨识中I-V数据的获取奠定硬件基础。其次,针对传统方法无法精确求解太阳电池模型中未知参数的问题,提出一种改进鲸鱼优化算法。在算法初始化阶段,利用混沌映射的遍历性、伪随机性和规律性提高种群分布的均匀性;在个体位置更新阶段,利用rand to best差分变异模式丰富种群的多样性。通过标准测试函数验证算法的改进性能,并将其应用到太阳电池模型参数辨识问题中。再次,针对标准差分进化算法存在易陷入局部最优的问题,提出一种改进的差分进化算法。利用基于精英策略的混沌帐篷映射初始化方法产生分布更加均匀、质量更高的初始解;引入自适应放缩因子使其实现随迭代进化的自适应调节,丰富种群的多样性,加快算法收敛速度;引入进化模式选择机制,将DE/rand/1/bin模式和DE/best/1/bin模式的优点相结合,提升算法的寻优效率。通过标准测试函数验证该算法的寻优性能,并将其应用到太阳电池模型参数辨识问题中。最后,通过实验舱模拟低温低压的高空环境,对整个标定平台的工作性能进行分析研究。通过整个标定系统的外场试验,采集到的I-V数据对太阳电池模型的未知参数进行辨识,得到辨识精度较高的模型未知参数。
【图文】：

阳模拟器法和微分光谱法[32]。次典型的空间标定实验。美国喷气推进实验室(JPL)的高空气球标定的方式将测试平台运送至约 36km 左右的池，电池组装成标准模块，并配备阻值适，在平飘过程中对太阳电池的短路电流数收的标准太阳能电池用作太阳模拟器和地估具有类似光谱响应特性的其他太阳电池通过这种方式进行一次空间太阳电池标定究中心(CNES)也通过高空气球将太阳电阳电池标定实验[34]。标定的数据主要为太给太阳电池的负极施加一个固定不变的负进行等步长变化的电压，同时系统记录下太流值。整个标定系统如图 1-3 所示。

图 5-3 环境模拟测试实验现场图 CR1000 数据采集器对整套设备的关5-4 所示，整个实验过程持续 6.5 个小时电池标定采集箱内温度和太阳追踪控制温度低于 20℃时，有一个温度回升的采集箱内温度保持在 25℃左右，而太，使箱内产生较大的热量，温度下降较小时，之后维持环境温度在-55℃，气压续工作 3 小时，期间太阳电池标定采集度维持在 30℃左右，说明整个系统保环境中，，状态良好。同时在进行环境实的无线设备对整个标定系统进行操作指
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.4

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本文编号：2638752