【摘 要】
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随着“嫦娥五号”和“天问一号”的顺利升空,我国的航天事业又向前迈进了一大步,向深空探测领域迅猛发展,这意味着对于深空探测器的设计有更高的要求。能源系统是航天器的“心脏”,要满足不同任务周期的能量分配需求变化。能量系统由负载和电源系统构成,电源系统大多采用太阳能电池阵-蓄电池组的形式。对电源系统的功率调节和配电方式有很成熟的研究,但是针对具体航天器的整机能源系统仿真软件的实现较少。基于以上背景,本课
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随着“嫦娥五号”和“天问一号”的顺利升空,我国的航天事业又向前迈进了一大步,向深空探测领域迅猛发展,这意味着对于深空探测器的设计有更高的要求。能源系统是航天器的“心脏”,要满足不同任务周期的能量分配需求变化。能量系统由负载和电源系统构成,电源系统大多采用太阳能电池阵-蓄电池组的形式。对电源系统的功率调节和配电方式有很成熟的研究,但是针对具体航天器的整机能源系统仿真软件的实现较少。基于以上背景,本课题着眼于火星探测器实际的能源需求,建立了一套完备的深空探测器能源系统的建模与仿真软件,实现了从单模块到整体能源系统的仿真建模,并给出了相应的能源平衡策略。本文首先探讨了电源系统的三个模块:太阳能电池阵、蓄电池组和电源控制器的原理和模型,采用了全调母线、S3R功率调节技术和集中式配电的电源系统结构。接着就能源平衡策略中负载和太阳能电池阵功率出现无法预测的波动问题,提出了基于ANN的BP算法对负载功率进行预测修正的解决方案,和基于时间序列ARIMA模型对太阳能电池阵功率进行预测的可行性方法。在以上理论知识的基础上,在VC平台上利用MFC库实现了火星探测器能源管理子系统的Windows可执行软件,配备了太阳能电池阵、蓄电池组和电源控制器单机仿真功能,批量加载负载文件和能源平衡仿真功能,以及人工智能预测负载功率的功能。其次利用Python语言实现了基于ARIMA模型对太阳能电池阵未来一个月输出电流的准确预测,与实际情况高度相符。
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