[发明专利]一种航天器电源系统能量分析仿真平台

说明书

技术领域

本发明是一种航天器电源系统能量分析仿真平台，特别涉及一种有效分析卫星星上能量平衡问题的方法，并且可以进行二次开发，进一步扩展仿真平台功能。

背景技术

在卫星系统中，星上电源子系统是非常重要的一个子系统，是星上产生、贮存、变换、调节和分配电能的分系统，是卫星正常运行的重要保证之一。卫星电源系统包括能量来源、能量存储、能量分配和能量管理与控制。目前应用最广泛的电源系统是以太阳能作为能量来源，建立太阳电池阵-蓄电池组电源系统，光电能量系统。

太阳阵在卫星光照期获取能量，以提供总线功耗，负载功耗，并且保证星上能量平衡；蓄电池在阴影期，以及光照期大功率峰值耗电时为卫星提供电能。能量来源的不同决定了要如何来管理卫星电源系统，能量管理分为三类，包括控制太阳阵，管理总线电压及蓄电池充电。进一步地，不仅需要管理电源系统，而且要控制太阳阵不能产生过多的电能，以免蓄电池过充，及产生过多的热量。主要的电源控制技术有两种，包括直接能量传输方式以及最大功率跟踪方式。

目前基于卫星的电源设计，国内对于每个卫星项目，都进行重新建模，重新设计和选取太阳阵以及蓄电池的参数，通过手工计算方式或者根据经验来判定如何选择合适的电源系统；参数设计完成后，仅有通过单纯的电子电路仿真建模，目前没有简单高效的仿真平台快速准确地对航天器整个在轨运行过程进行能量分析验证，以验证电源系统参数设计合理。但是，由于电源系统参数数量大，太阳阵以及蓄电池的材料选择、构型设计，以及各个卫星任务的轨道条件、姿态模式各不相同，设计人员的技术水平和经验参差不齐，效率低下，因此造成整个卫星电源的分析、设计过程人员工作量大，设计验证周期长，效率较低。因此需要这样一种高效快捷的航天器电源系统能量分析仿真平台，对电源系统设计参数进行能量分析仿真验证。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种航天器电源系统能量分析仿真平台，该平台利用有效的逻辑判定代替繁冗复杂的电子电路设计，便捷高效地对航天器电源设计参数进行能量平衡仿真分析，验证电源系统参数设计是否合理，快速及时纠察参数设计错误和计算误差。

本发明的技术解决方案：一种航天器电源系统能量分析仿真平台，包括电源系统数据输入模块，电源系统数据处理模块，电源系统数据显示模块，电源系统能量平衡分析判定模块，电源系统能量平衡分析异常报警模块。

电源系统数据输入模块，通过图形用户界面，接收用户对于电源系统的参数选择和设置，包括卫星任务轨道参数、姿态控制模式，太阳阵设计参数、蓄电池设计参数、以及电源控制方式。

电源系统数据处理模块作为本仿真平台的核心部分，主要又包括数据解算和数据传输。数据解算包括太阳阵输出功率解算，蓄电池剩余容量解算，电源管理方式选择，以及负载功耗计算。数据传输包括三部分内容：第一部分将数据输入模块中卫星轨道和姿态参数传输到卫星软件工具包(STK，Satellite ToolKit)；第二部分，将卫星软件工具包中生成的用于太阳阵解算的数据传送到数据解算程序中太阳阵能量算法进行太阳阵能量计算；第三部分是将数据输入模块中蓄电池参数和能量管理方式传送到数据解算程序蓄电池能量解算程序中，进行蓄电池剩余能量计算。

电源系统数据显示模块，将经过数据处理模块的数据结果包括随时间变化太阳阵输出功率、蓄电池剩余容量、以及负载功耗，通过数据显示模块显示太阳阵输出功率与时间的变化关系曲线，蓄电池剩余容量随时间的变化关系曲线，负载功耗随时间的变化关系曲线。

电源系统能量平衡分析判定模块，将经过数据处理模块后的太阳阵输出功率、蓄电池剩余容量、以及负载功率，根据电源系统能量平衡分析判据对此时的星上能量平衡状态进行判断，分析此时星上电能能否有效供给卫星任务。

电源系统能量平衡分析异常报警模块，当能量平衡分析判定模块进行能量平衡分析后，若某时刻星上能量不平衡，能量平衡分析异常报警模块即发出警报，说明此时能量不再平衡，能源供给出现异常。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明用户可以由数据输入模块进行电源系统参数设置，仿真平台后台进行数据采集处理，并以具体数据和曲线图形直观显示此时的航天器各部分功耗状况，通过能量平衡分析判据，对此时的航天器状态进行及时判定和响应。同时在数据处理过程中利用强大的卫星软件工具包进行卫星实时的在轨仿真。其中数据处理模块作为本仿真平台的核心，突出的优点在于利用有效的逻辑判定条件进行航天器能量分配和管理，代替繁冗复杂的电子电路设计，大大简化了电源系统参数设计验证的建模复杂性，提高了整个电源系统设计和仿真分析的工作效率。