北航微小卫星电源系统能量平衡分析研究

1144766066 · 发表于 2022-4-29 16:43:53

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电源系统是现代小卫星的关键技术，其在轨工作的稳定性直接决定了卫星的性能和寿命。由于小卫星飞行任务和搭载条件可能变化，卫星实际运行轨道和功耗与设计阶段的设计参数难以保持一致。因此高效、准确的能量平衡估计对于设计及调整用电策略而言变得尤为重要。本文以北航微小卫星项目研制为背景，展开对电源分系统能量平衡的研究工作。首先，对国内外卫星电源系统能量平衡研究方法进行了调研，结合北航微小卫星电源系统初样验收工作和能量平衡试验工作的需要，提出数学仿真和半实物仿真两种方式进行能量平衡计算和试验的研究方法。其次，详细介绍了北航微小卫星电源分系统的技术指标、系统构成和工作原理，以及太阳电池阵、锂离子蓄电池组和能源控制器的设计和相应技术参数。第三，在Simulink环境下，构建了电源系统数学仿真平台，由太阳电池阵模块、锂离子蓄电池组模块、充放电电路模块、充电管理模块、负载模块构成。通过两个算例和对应试验验证，证明了该仿真平台能够很好地模拟电源系统在轨运行，能精确地求解电源系统运行参数，并可以推广到其他卫星电源系统的仿真工作中。通过仿真求解了电源系统的最大工作能力，对电源系统设计和整星模拟飞行试验有参考价值。第四，研制了电源系统半实物仿真平台，由太阳电池阵模拟器、锂离子蓄电池组、能源控制器、数据采集设备和外围辅助设备构成。为小卫星星上电源系统地面测试及地面模飞试验打下试验基础。第五，完成了北航微小卫星电源系统初样的电性能测试工作，结果说明初样符合总体设计的要求。最后，通过两个不同工况的试验，证明了北航微小卫星能够满足在轨能量平衡，也验证了数学仿真平台。

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