卫星电源系统的故障仿真及诊断

发布时间：2017-03-20 17:07

  本文关键词：卫星电源系统的故障仿真及诊断，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：卫星电源系统承担着对整个卫星负载供电的作用,卫星电源系统故障的发生轻则会降低卫星的使用寿命,重则使整个卫星成为太空垃圾。所以,对该系统进行故障诊断方面的研究具有重大意义。但是,由于卫星电源系统的故障数据十分匮乏,导致其故障诊断技术的发展受到限制。基于此,本文以GEO卫星的太阳电池阵-蓄电池组结构的电源系统为例,建立了系统中各个部件在正常状态下的Simulink仿真模型,并对各个部件的典型故障模式进行仿真,得到了相应的故障数据。首先,介绍了硅太阳电池的简化数学模型,在此基础上建立了其仿真模型,介绍了模型中各个输入量的计算方法和输出量的特征。之后对太阳电池阵的典型故障模式进行仿真,对得到的结果进行了简单分析。与此类似,文中从数据拟合的角度建立了氢镍蓄电池的数学模型,并利用Simulink进行仿真,之后介绍了氢镍电池典型的故障模式,着重对蓄电池性能衰退故障模式的仿真建模与输出特征进行分析。其次,文中以S4R控制方式为例,建立了电源系统的控制部分中的分流调节器、充电调节器和放电调节器的Simulink仿真模型,并分别介绍了各个部件的典型故障模式、故障仿真方法及故障结果分析。最后,根据系统各个部件之间的输入与输出的对应关系,建立了整个卫星电源系统的仿真模型,并以实测的卫星负载功率作为系统输入,得到了系统各个输出量的仿真结果。根据系统输出量和模型中参数之间的关系,给出了系统的阈值特征和关联关系特征,并以太阳电池阵展开故障和蓄电池性能衰退故障为例,实现了基于这两个特征的故障诊断。
【关键词】：卫星电源系统仿真 故障模式仿真 Simulink
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V467
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题研究的目的及意义9-10
• 1.2 航天器故障诊断技术的研究现状10-12
• 1.3 卫星电源系统的故障仿真与诊断研究现状12-18
• 1.3.1 电源系统的工作原理及发展现状12-15
• 1.3.2 电源系统故障仿真技术的研究现状15-16
• 1.3.3 电源系统的故障诊断技术的研究现状16-18
• 1.4 本文的主要工作18-19
• 第2章 太阳电池阵的故障仿真19-31
• 2.1 硅太阳电池阵的工作原理19
• 2.2 电池阵数学模型的建立19-24
• 2.2.1 太阳电池片光伏特性的研究19-22
• 2.2.2 电池阵参数的计算方法22-24
• 2.3 太阳电池阵仿真模型及分析24-27
• 2.4 典型的太阳电池阵故障模式及其仿真27-30
• 2.4.1 太阳电池阵的故障模式27-28
• 2.4.2 典型的电池阵故障模式的仿真与分析28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 氢镍蓄电池组的故障仿真31-43
• 3.1 蓄电池组的结构及功能31
• 3.2 氢镍蓄电池组数学模型的建立31-37
• 3.2.1 蓄电池性能参数的简介31-33
• 3.2.2 蓄电池常用的建模方法33-35
• 3.2.3 蓄电池组的数学模型35-37
• 3.3 蓄电池组的仿真模型及分析37-39
• 3.4 典型的蓄电池组的故障模式及其仿真39-42
• 3.4.1 蓄电池组的故障模式39-40
• 3.4.2 典型的蓄电池组故障模式仿真与分析40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 电源控制器的故障仿真43-59
• 4.1 电源系统的控制方式43-47
• 4.1.1 S3R型功率调节技术的工作原理43-44
• 4.1.2 混合型功率调节技术44-45
• 4.1.3 S4R型功率调节技术45-46
• 4.1.4 各功率调节技术的比较46-47
• 4.2 分流调节器的故障仿真47-51
• 4.2.1 分流调节器的控制原理47-48
• 4.2.2 分流调节器的仿真模型与分析48-50
• 4.2.3 分流调节器的故障模式及其仿真50-51
• 4.3 充电调节器的故障仿真51-54
• 4.3.1 充电调节器功能简介51
• 4.3.2 充电调节器的仿真模型及分析51-53
• 4.3.3 充电调节器的故障模式及仿真分析53-54
• 4.4 放电调节器的故障仿真54-57
• 4.4.1 放电调节器的工作原理54-55
• 4.4.2 放电调节器的仿真模型与分析55-56
• 4.4.3 放电调节器的故障模式与仿真分析56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第5章 系统级的故障仿真与诊断59-72
• 5.1 电源系统的仿真及分析59-64
• 5.1.1 仿真说明59
• 5.1.2 系统中各个模块的输入输出关系59-61
• 5.1.3 系统的仿真模型及结果分析61-64
• 5.2 电源系统的特征提取64-67
• 5.2.1 系统输出量的分析64
• 5.2.2 系统的阈值特征64-65
• 5.2.3 系统的关联关系特征65-67
• 5.3 典型故障诊断实例67-71
• 5.3.1 基于阈值检测的太阳电池阵展开故障的诊断67-68
• 5.3.2 基于关联关系的蓄电池性能衰退故障的诊断68-71
• 5.4 本章小结71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 成少安,张鉴清,刘鸿,冷拥军,袁安保,曹楚南;MH-Ni电池循环衰退的电化学阻抗谱分析[J];电源技术;1999年S1期

2 刘治钢;蔡晓东;陈琦;田凯;;采用MPPT技术的国外深空探测器电源系统综述[J];航天器工程;2011年05期

3 时文刚,戴静君,杜华军;基于遗传算法的故障诊断规则提取方法的研究[J];航天控制;2005年05期

4 王小丽;倪茂林;;基于自适应观测器的非线性系统故障诊断[J];空间控制技术与应用;2008年04期

5 井元良;孙海涛;雷英俊;;太阳同步轨道卫星太阳电池阵在轨特性分析[J];航天器工程;2013年05期

6 代树武,孙辉先;基于模型的飞行器电源故障诊断与故障模式识别[J];振动与冲击;2005年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 崔文聪;天文卫星电源系统设计分析与仿真[D];中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）;2004年

2 张翠侠;基于观测器的非线性系统故障诊断研究[D];贵州大学;2008年

3 徐鸿影;深空探测器电源系统方案设计和仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

4 高阳;基于分层神经网络的卫星故障诊断技术应用研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

5 王修虎;镍氢电池的故障诊断与容错策略研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

  本文关键词：卫星电源系统的故障仿真及诊断，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：258136