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深空探测器电源系统方案设计和仿真研究

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目录

深空探测器电源系统方案设计和仿真研究

DESIGN AND SIMULATION OF POWER SYSTEM FOR DEEP SPACE PROBER

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.1.1 课题的来源

1.1.2 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 太阳电池的研究现状

1.2.2 蓄电池的研究现状

1.3 本文的研究工作

第2章 深空探测器电源系统的方案设计

2.1 引言

2.2 深空环境影响因素

2.2.1 光照强度

2.2.2 温度

2.2.3 辐射

2.2.4 其它环境因素的影响

2.3 探测器对电源系统的设计要求

2.3.1 任务要求

2.3.2 供电要求

2.3.3 探测器设计指标

2.3.4 探测器总体和电源系统设计的相互制约因素

2.4 电源系统的方案设计

2.4.1 电源系统的总体结构

2.4.2 电源系统的主电源选择

2.4.3 电源系统的母线配置

2.4.4 太阳电池阵的配置

2.4.5 蓄电池组的配置

2.4.6 电源系统的控制设备的配置

2.5 电源系统的设计结果分析

2.6 本章小结

第3章 深空探测器的电源管理方案

3.1 引言

3.2 基于贪婪策略的动态电源管理方法

3.3 基于阈值策略的动态电源管理方法

3.4 基于预测策略的动态电源管理方法

3.5 基于随机策略的动态电源管理方法

3.6 动态电源管理方法的比较和选择

3.7 本章小结

第4章 深空探测器电源品质分析

4.1 引言

4.2 电源系统的等效电路模型

4.2.1 太阳电池阵的模型

4.2.2 PWM开关分流调节器的小信号模型

4.2.3 放电调节器的小信号模型

4.2.4 整个电源系统的小信号模型

4.3 电源系统的母线性能分析

4.3.1 母线输出阻抗分析

4.3.2 母线瞬态响应分析

4.3.3 母线稳定性分析

4.3.4 母线纹波分析

4.4 本章小结

第5章 电源系统的辅助软件设计及验证

5.1 引言

5.2 电源系统设计计算方法

5.2.1 轨道条件

5.2.2 太阳电池阵计算

5.2.3 蓄电池组计算

5.3 电源系统辅助设计软件

5.3.1 软件显示界面

5.3.2 软件仿真模块

5.4 实例验证

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢

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摘要

随着深空探测活动的日益开展,深空探测器所携带的有效载荷日益增加,工作寿命不断延长。电源系统作为深空探测器的关键分系统之一,担负着为整个探测器其它分系统和有效载荷供电的重要任务。本文以深空撞击任务为背景,对深空探测器的电源系统进行了分析、设计和仿真验证,并开发了深空探测器电源系统设计软件。
  首先,对深空探测的特殊空间环境进行研究,提出了全调节母线能量直接传递的电源系统方案。根据“深度撞击”探测器的轨道特性,分析了探测器在飞行过程中环境条件和不同负载等对电源系统的影响,考虑光照条件和峰值功率之间的关系,基于能量平衡的原理,对探测器的电源系统进行设计。
  其次,对动态电源管理策略方法进行研究。分析了国内外的几种动态电源管理策略,如贪婪策略、阈值策略、预测策略以及随机模型策略等。以系统功耗小和响应快为指标,给出了一种适合深空探测器的电源动态管理方法,实现系统的低功耗要求。
  然后,对电源系统各个组成部分的等效电路模型进行研究,提出了母线动态阻抗、瞬态响应、稳定性和纹波的分析方法。建立了全调节母线电源系统的交流小信号等效电路模型,分析了负载工作模式转换的影响,对电源系统供电性能进行了评估。
  最后,在对电源系统设计方法进行研究、归纳和总结的基础上,利用Matlab/GUI软件开发了人机交互界面友好的深空探测器电源系统设计工具包,提高了电源系统设计的效率。

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