深空探测器供电系统仿真与实验研究.pdf

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1、辣技不深空探测器供电系统仿真与实验研究吴小华，郑光文(西北1二业大学自动化学院，陕西西安710129)摘要：针对深空探测器太阳电池阵最大功率点不恒定所造成的功率浪费问题。将基于数字扰动观察法的最大功率跟踪技术(MPPT)应用于顺序开关串联分流调节器(S4R)。建立了新型探测器供电拓扑结构。RPll~序开关串联分流最大功率调节器(S4MPR)。仿真与实验结果表明，S4MPR能够根据深空探测器所处环境调节母线电压，使太阳电池阵工作在最大功率点上，避免了功率浪费。关键词：深空探测器；S4R；最大功率跟踪；S4MPR中图分类号：TM921文献标识码：A文章编号：1002—087X(2014)04—

2、0668—04ResearchofpowersystemfordeepspaceprobeWUXiao．hua．ZHENGGuang—wenrSchoolofAutomation。NorthwestemPolytechnicalUniversity,Xi’anShanxf710129．China)Abstract：-foeliminatethewastecausedbynon—constantmaximumpowerpointofsolararraysinthedeepspaceprobes，themaximumpowerpointtracking(MPPT)techniquewasapp

3、liedwithdigitalpe~urbandobservemethodtosequentialswitchingshuntsenesregulator(S4R)，andthesequentialswitchingshuntseriesmaximumpowerregulator(S4MPR1derivedfr0mS4Rwasintroduced．ThesimulationandexperimentalresultsindicatethatS4MPRcanregulatethebusvoltageaccordingtodeepspaceprobe’senvironment，makingth

4、esolararraysworkatthemaximumpowerpointandavoidingthewasteofpower。Keywords：deepspaceprobe；S4R；maximumpowerpointtracking；S4MPR太阳电池输出特性呈非线性，其输出功率受航天器所处较大功率浪费。对此，国外率先在深空探测领域展开了最大功环境光照、温度等条件影响，如图1所示。在一定条件下，太阳率跟踪技术的研究，如在“火星快车”、“金星快车”、“罗塞电池在某一输出电压T作时，其输出功率最大，该点称为太阳塔”、“信使”等探测器上均采用了最大功率点跟踪技术⋯。电池最大功率点，最大功率跟

5、踪技术就是通过调节太阳电池本文以S4R拓扑为研究对象，在S4R中加入最大功率跟输出电压，使之工作在最大功率点附近的技术。深空探测器不踪技术，由此建立S4MPR深空探测器供电拓扑结构。该结构同于地球轨道卫星，要在空间进行长距离飞行，探测器所处环不但具有S4R高效率、高可靠性、模块化等特点，而且能够根境变化较大，为其供电的太阳电池最大功率点电压也随之变据深空探测器所处环境调节母线电压，使之工作在最大功率化较大，传统的固定母线电压的航天器供电系统会因此造成点上，即在保证一定负载功率需求条件下，S4MPR使得向母线供电的太阳电池单元数量最少，令更多的单元能够向蓄电池充电，最大限度地利用并保存深空探

6、测器飞行过程中所能接受的太阳能。1S4MPR设计图2所示为S4MPR原理图。S4MPR由最大功率点跟踪控制器和母线功率调节电路两部分组成。最大功率跟踪控制器检测母线电压和太阳电池阵的输出电流，计算当前太阳电池阵的输出功率，然后根据最大功率跟踪算法输出母线功率调节电路的母线电压参考值；母线功率控制电路根据最大功率跟踪控制器所给控制信号，实时调节并保证母线电压在最收稿日期：2Ol3-09—05大功率点上。基金项目：西北工业大学重点扶持项目作者简介：吴小华【1969一J。女．江西省人。教授，博士生导师，主1．1滞环控制下的太阳电池输入线性化要研究方向为电力电子技术、航天器供电系统、功率变换技术等

7、；郑光图3所示为受滞环比较器控制的S4MPR输入电流线性文(1989_一)。男．吉林省人．研究生，主要研究方向为电力电子与电力近似图。Bang．bang控制下的S4MPR太阳电池阵输人电流与传动。2014．4Vo1．38No．4668技‘压，因此Dl截止D2导通，该太阳电池单元只给蓄电池供电；当蓄电池充电完成，而负载功率需求增大时，U2和U4输出低电平，M1、M2、M4和M5均关断，导致M3关断，该太阳电池单元只向负载供