卫星太阳能电池阵的效能及可靠性分析与评估

发布时间：2018-04-28 17:42

本文选题：太阳能电池阵 + 可靠性　；参考：《中国科学技术大学》2017年博士论文

【摘要】：太阳能电池阵是卫星非常重要的组成部件,是卫星能否正常工作的关键因素,因为电池阵将提供整个卫星平台的电能,所以太阳能电池阵的可靠性问题是个非常重要的研究课题。卫星在轨飞行过程中,太阳能电池阵的输出功率往往会有一个缓慢衰减的过程,虽然衰减的比较缓慢,但是卫星在太空运行的工作生命周期往往都至少有十几年,甚至更长,维修和替换也都非常困难,所以需要对太阳能电池阵的退化模式进行精确的分析,来得到太阳能电池阵的寿命评估结果。我国目前有近百颗在轨运行的卫星,部分型号的卫星太阳能电池阵的在轨退化数据从形态上具有多个阶段的特性,每个阶段之间具有跳跃性,即功率的突然变化,这些突然变化往往是由于太空中的意外情况造成元器件或者结构损坏导致。这使得太阳能电池阵的退化模式具有两种失效模式混合的特点,这两种失效模式分别为缓慢衰减的软失效模式,和突然大额衰减的硬失效模式。本文提出了针对这种混合模式的退化数据的可靠性分析方法,可以从退化数据中识别拆分出硬失效模式和软失效模式,然后综合总体考虑两种失效模式,对太阳能电池阵进行可靠性评估。该方法将先利用ARMA混合的隐马尔可夫模型对数据进行拟合,隐马尔可夫模型中的状态链展示了硬失效模式的特点。通过求解出隐马尔可夫模型中的状态链,我们就可以得到硬失效模式的具体形式。在完成建模的基础工作之后,我们将提出一个迭代算法,用来对隐马尔可夫模型进行求解。该迭代算法综合了非线性最小二乘法,递归拓展最小二乘法,EM算法等。利用该算法,我们可以求解出隐马尔可夫模型中的相应参数。通过仿真分析,我们发现,该迭代算法不仅可以得到准确的跳跃点信息,还可以得到精确的参数估计值。而且迭代算法的效率也比较高,不管跳跃点有多少个,整个算法在三到四步左右就可以达到比较好的收敛效果。最后将根据设定的模型和估计的参数,计算太阳能电池阵的可靠性结果和剩余寿命结果,与理论设定值的结果很接近。另外,由于设计技术及材料科学的不断发展进步,对于新材料或者新结构的太阳能电池阵,可靠性评估和寿命预计也成为了非常重要的课题。在大多数情况下都需要在卫星还未发射到太空之前对太阳能电池阵进行评估。但是在这种情况下,我们并没有实际运行数据可以用于可靠性评估。本文提出了一个利用相似产品在轨运行可靠性评估结果的可靠性推断方法。该方法主要思路是根据累计辐照剂量为不变量依据来推断太阳能电池阵的可靠性结果。先利用地面加速试验得到电池片退化与累计辐照剂量的模型,再结合在轨运行环境中的累计辐照剂量变化函数,来得到新太阳能电池片的可靠性结果。地面加速试验中获得的试验结果,表现出电池片退化率的方差随着累计辐照剂量增加而增加的现象,本文将利用线性异方差模型来拟合具有这种异方差性质的试验数据。随后根据模型得到具有枢轴量表示形式的参数估计值,进而利用Fiducial推断方法来得到太阳能电池片的可靠性结果和寿命分布,并以一个简单结构的太阳能电池阵为例,计算了电池阵的可靠性结果和寿命分布。在轨运行环境中的累计辐照剂量变化函数将根据相似产品,即在轨运行多年卫星的太阳能电池阵,退化模式结果和地面加速试验中的试验结果来得到。此外,做整个太阳能电池阵的可靠性分析时,还要结合电池阵的结构设计,本文以表决系统的方式来表现太阳能电池阵的特殊失效判断方式。最后,本文将给出新太阳能电池阵的可靠性最终结果。
[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 .

【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：V442

【相似文献】