【摘 要】
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太阳能是航天中卫星电源系统的主要能量来源之一,应用于航天领域的空间太阳能电池阵列模拟器(Space Solar Array Simulator,SSAS)是在地面测试阶段为航天器电源提供与真实太
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太阳能是航天中卫星电源系统的主要能量来源之一,应用于航天领域的空间太阳能电池阵列模拟器(Space Solar Array Simulator,SSAS)是在地面测试阶段为航天器电源提供与真实太阳能帆板的功率特性相似的输入功率的装置,其性能会对航天器电源系统测试结果的可靠性产生重大影响。本文针对SSAS的动态响应性能、非线性控制方法和V-I参考曲线生成方案等关键技术进行研究,提出一种基于新型模拟方案的工作点控制策略的SSAS,具备成本低、动态响应性能优、模拟精度高和可实现开路输出等优点。为满足航天领域对SSAS动态响应能力的高要求,采用线性功率方案作为主功率平台。设计一种具有高动态响应能力的压控线性电流源,建立小信号模型并进行系统频域仿真分析,同时采用12路电流源并联的方案进行功率等级扩展,满足对高功率等级的需求。针对大功率的实际太阳能帆板(Photovoltaic Panel,PV板)的动态输出特性难以获取的问题,提出建立大功率PV板等效模型以获取其动态特性的方案。用6路并联线性电流源和功率二极管建立大功率PV板的等效模型电路,进行电路设计并通过实验得到电路动态输出波形和工作点运行轨迹分布情况,从而得到可供参考的大功率PV板的动态输出特性。针对电流型SSAS无法开路输出和非线性输出控制精度的问题,提出一种新的模拟工作点控制策略,可在动态环节根据需要进行电流控制或电压控制。分别对系统主功率电流控制模块、辅助电压控制模块和模拟I-V曲线生成方案进行研究和设计,同时根据该控制策略的需求提出并设计一种模拟V-I参考曲线生成方案,并实验验证其功能。最后搭建SSAS的主功率和控制系统的硬件平台,验证所提出策略的可行性。通过稳态实验证明其开路输出功能,得到模拟器的稳态I-V功率输出曲线并分析其稳态模拟精度,同时进行在串联切载工况下的动态实验,证明所设计SSAS具备优良的动态性能和较高的模拟精度。
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