GEO卫星电源系统故障仿真及诊断研究
发布时间：2021-09-01 16:53
卫星电源系统是卫星的唯一能量来源,同时也是非常容易出现故障的分系统中之一,通过有效的故障诊断技术以提高对其的维修和维护能力一直是卫星电源领域的研究重点。一方面,由于经济性、可重复性等原因,针对卫星电源的故障诊断研究大多采用仿真手段;同时,由于卫星电源系统结构复杂、拥有大量遥测数据,通过数据进行驱动的故障诊断方法逐渐取代基于模型的而成为一个重要研究方向。基于此,本文以地球同步轨道卫星（Geosynchronous Satellite,GEO）的电源分系统作为研究对象,对其进行系统级的数学建模和故障仿真,并利用基于深度学习的数据驱动故障诊断方法对其典型故障模式进行诊断。本文的研究内容主要包括:首先在掌握GEO卫星电源分系统工作模式的基础上,选择合适的拓扑基本结构,确定各模块（包括蓄电池组、太阳电池阵、以及各种电源控制器）的基本构成。根据设定的仿真系统技术指标对各模块进行建模,通过对其进行数学建模并搭建仿真模型,实现系统级的仿真并进行分析;其次对卫星电源系统故障中的典型模式进行总结,通过灵活的故障注入方式实现过程可控可重复的故障仿真并对反映系统状态的关键参数进行监测和采集;最后基于得到的监测...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳电池阵电路故障仿真结果
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-43-(c)分流电流图3-4分流调节器持续分流故障仿真结果结果分析：当卫星电源系统出现持续分流（部分电路持续分流，并没有完全失效）故障时，从能量的角度来分析，本来应该传输至负载的有用功率被分流调节器消耗掉，导致流向母线的电流降低。同时由于负载功率不变，母线电压异常升高。（2）分流调节器无法分流故障。类似地，无法分流故障往往是部分分流电路无法分流，而不是完全失去分流功能。通过将正常工作状态下的分流电流的较大值减少1.8A、较小值保持不变来模拟部分分流电路出现无法分流故障。仿真设置与前文保持一致，得到最终的仿真结果在图3-5中给出。(a)母线电流(b)母线电压
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-44-(c)分流电流图3-5分流调节器无法分流故障仿真结果结果分析：当卫星电源系统出现无法分流（部分无法分流，并没有完全失效）故障时，从能量的角度来分析，本来应该被分走的多于功率无法被分流调节器耗散掉，导致多余的电流流向母线，母线电流异常升高，同时由于负载功率保持不变，母线电压出现异常降低。3.5充电调节器故障仿真3.5.1充电调节器典型故障模式总结充电调节器的典型故障模式总结如表3-4所示。表3-4充电调节器典型故障模式故障模式故障原因故障类型造成后果无法充电充电回路开路故障充电回路短路故障控制信号异常突变故障蓄电池组在地影期的供电能力下降，寿命受到影响；卫星在地影期不再有能量来源，导致任务失败。充满无法断开传感器故障信号传递异常突变故障蓄电池组会被过充至额定电量以上，影响其使用寿命；蓄电池组被过度充电，其内部温度剧烈升高，有产生爆炸的危险。基于表3-4对每种故障模式进行具体说明：
【参考文献】：
期刊论文
[1]小卫星电源系统的分层模糊符号有向图法研究[J]. 付宇,崔玉福,李志刚,刘元默. 电源技术. 2020(02)
[2]Semi-supervised gear fault diagnosis using raw vibration signal based on deep learning[J]. Xueyi LI,Jialin LI,Yongzhi QU,David HE. Chinese Journal of Aeronautics. 2020(02)
[3]模块化航天器电源系统仿真研究[J]. 贺广松,李新洪,王谦. 计算机测量与控制. 2017(10)
[4]基于提升小波变换与EEMD的神经网络齿轮故障诊断方法[J]. 宋萌萌,肖顺根,陈肇祥. 组合机床与自动化加工技术. 2017(09)
[5]基于LabVIEW的卫星电源系统仿真设计[J]. 许薇,王仲,于智航,呼文韬,周春亮. 电源技术. 2015(08)
[6]电动汽车用镍氢电池剩余电量估计方法研究[J]. 王丽君,李萌. 现代电子技术. 2015(13)
[7]SAR卫星电源系统设计与仿真研究[J]. 乔明,朱立颖,李小飞,杜青. 航天器工程. 2015(02)
[8]基于集成小波神经网络的卫星电源系统故障识别[J]. 王东,张绍杰,尹晶,王莉. 电光与控制. 2015(06)
[9]卫星电源系统的有向图分层诊断方法[J]. 董磊,马桂芳,李清东. 计算机应用. 2012(S2)
[10]基于S4R的卫星一次电源全故障仿真平台研究[J]. 王婧,赵建辉,李帆. 宇航计测技术. 2011(06)
博士论文
[1]数据驱动故障检测技术研究及应用[D]. 索明亮.哈尔滨工业大学 2018
[2]航天器太阳电池阵遮挡影响及电源系统仿真优化方法研究[D]. 杨炀.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于模型的故障诊断方法研究及在航天中的应用[D]. 邵继业.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]卫星电源系统故障诊断平台的设计与研究[D]. 张依.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于CLIPS的卫星电源故障诊断专家系统[D]. 王明远.哈尔滨工业大学 2017
[3]卫星一次电源系统的故障仿真及诊断[D]. 肖柳青.哈尔滨工业大学 2016
[4]S4R型卫星电源系统的仿真与控制技术研究[D]. 吴伟.南京航空航天大学 2016
[5]基于Saber仿真的卫星电源电路分析与优化研究[D]. 王伟.天津大学 2016
[6]卫星电源系统的故障仿真及诊断[D]. 刘丽霞.哈尔滨工业大学 2015
[7]卫星电源放电电路仿真分析与优化研究[D]. 王雯淇.天津大学 2014
[8]卫星电源控制系统仿真技术研究[D]. 傅江太.湘潭大学 2013
[9]卫星电源半物理仿真系统的设计与实现[D]. 施嘉昊.复旦大学 2013
[10]基于分层神经网络的卫星故障诊断技术应用研究[D]. 高阳.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3377344
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳电池阵电路故障仿真结果
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-43-(c)分流电流图3-4分流调节器持续分流故障仿真结果结果分析：当卫星电源系统出现持续分流（部分电路持续分流，并没有完全失效）故障时，从能量的角度来分析，本来应该传输至负载的有用功率被分流调节器消耗掉，导致流向母线的电流降低。同时由于负载功率不变，母线电压异常升高。（2）分流调节器无法分流故障。类似地，无法分流故障往往是部分分流电路无法分流，而不是完全失去分流功能。通过将正常工作状态下的分流电流的较大值减少1.8A、较小值保持不变来模拟部分分流电路出现无法分流故障。仿真设置与前文保持一致，得到最终的仿真结果在图3-5中给出。(a)母线电流(b)母线电压
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-44-(c)分流电流图3-5分流调节器无法分流故障仿真结果结果分析：当卫星电源系统出现无法分流（部分无法分流，并没有完全失效）故障时，从能量的角度来分析，本来应该被分走的多于功率无法被分流调节器耗散掉，导致多余的电流流向母线，母线电流异常升高，同时由于负载功率保持不变，母线电压出现异常降低。3.5充电调节器故障仿真3.5.1充电调节器典型故障模式总结充电调节器的典型故障模式总结如表3-4所示。表3-4充电调节器典型故障模式故障模式故障原因故障类型造成后果无法充电充电回路开路故障充电回路短路故障控制信号异常突变故障蓄电池组在地影期的供电能力下降，寿命受到影响；卫星在地影期不再有能量来源，导致任务失败。充满无法断开传感器故障信号传递异常突变故障蓄电池组会被过充至额定电量以上，影响其使用寿命；蓄电池组被过度充电，其内部温度剧烈升高，有产生爆炸的危险。基于表3-4对每种故障模式进行具体说明：
【参考文献】：
期刊论文
[1]小卫星电源系统的分层模糊符号有向图法研究[J]. 付宇,崔玉福,李志刚,刘元默. 电源技术. 2020(02)
[2]Semi-supervised gear fault diagnosis using raw vibration signal based on deep learning[J]. Xueyi LI,Jialin LI,Yongzhi QU,David HE. Chinese Journal of Aeronautics. 2020(02)
[3]模块化航天器电源系统仿真研究[J]. 贺广松,李新洪,王谦. 计算机测量与控制. 2017(10)
[4]基于提升小波变换与EEMD的神经网络齿轮故障诊断方法[J]. 宋萌萌,肖顺根,陈肇祥. 组合机床与自动化加工技术. 2017(09)
[5]基于LabVIEW的卫星电源系统仿真设计[J]. 许薇,王仲,于智航,呼文韬,周春亮. 电源技术. 2015(08)
[6]电动汽车用镍氢电池剩余电量估计方法研究[J]. 王丽君,李萌. 现代电子技术. 2015(13)
[7]SAR卫星电源系统设计与仿真研究[J]. 乔明,朱立颖,李小飞,杜青. 航天器工程. 2015(02)
[8]基于集成小波神经网络的卫星电源系统故障识别[J]. 王东,张绍杰,尹晶,王莉. 电光与控制. 2015(06)
[9]卫星电源系统的有向图分层诊断方法[J]. 董磊,马桂芳,李清东. 计算机应用. 2012(S2)
[10]基于S4R的卫星一次电源全故障仿真平台研究[J]. 王婧,赵建辉,李帆. 宇航计测技术. 2011(06)
博士论文
[1]数据驱动故障检测技术研究及应用[D]. 索明亮.哈尔滨工业大学 2018
[2]航天器太阳电池阵遮挡影响及电源系统仿真优化方法研究[D]. 杨炀.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于模型的故障诊断方法研究及在航天中的应用[D]. 邵继业.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]卫星电源系统故障诊断平台的设计与研究[D]. 张依.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于CLIPS的卫星电源故障诊断专家系统[D]. 王明远.哈尔滨工业大学 2017
[3]卫星一次电源系统的故障仿真及诊断[D]. 肖柳青.哈尔滨工业大学 2016
[4]S4R型卫星电源系统的仿真与控制技术研究[D]. 吴伟.南京航空航天大学 2016
[5]基于Saber仿真的卫星电源电路分析与优化研究[D]. 王伟.天津大学 2016
[6]卫星电源系统的故障仿真及诊断[D]. 刘丽霞.哈尔滨工业大学 2015
[7]卫星电源放电电路仿真分析与优化研究[D]. 王雯淇.天津大学 2014
[8]卫星电源控制系统仿真技术研究[D]. 傅江太.湘潭大学 2013
[9]卫星电源半物理仿真系统的设计与实现[D]. 施嘉昊.复旦大学 2013
[10]基于分层神经网络的卫星故障诊断技术应用研究[D]. 高阳.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3377344
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