Введение к работе
Актуальность темы. В последние десятилетия успехи ракетной техники, кибернетики, радиоэлектроники расширили возможности исследования космического пространства. Изучение околоземного и дальнего космического пространства, формирование систем спутниковой связи для решения задач телевещания, радиовещания, стационарной радиосвязи приводят к необходимости увеличения срока эксплуатации космических комплексов и их основ.. - космических аппаратоз. Это требует развития и совершенствования космических аппаратов (КА) различного назначения.
Особое внимание при jTOM уделяется системам электроснабжения (СЗС) космических аппаратов, средствам их исследования и проектирования. СЭС определяет ресурс работы КА. его основные эксплуатационные характеристики, занимает по массе, объему и стоимости до 30% самого КА. Поэтому проблема создания высокоэффективных систем электроснабжения КА имеет важное значение и ее решение может замело улучшить технико-экономические показатели космического аппарата в целом.
Основными тенденциями развит, современных СЭС являются разработка схемных и конструктивных решений, оптимизированных по критерию длительности Фі-кционирования КА и увеличению мощности системы электроснабжения. Возросшие треб^чания к качеству выходного напряжения СЭС, уменьшению ее ---ассогабаритных показателей, эффективности использования источников и накопителей энергии привели к необходимостг применения регулирующих ч преобразовательных устройств, к которым присоединяются все энергопотребители. Совершенствование структурі СЭс; введением регулирующих устройств существенно улучает технические характеристики, но приводит к усложнению схемы построения. Одновременное удовлетворение требовании увеличения мощности и надежности СЭС КА достигается за счет параллельного подключения маломощных источников к энергопотреби-теляч. Первичные источники параллельно подключенные через преобразовательные устройства к знергопотребителям называются модулями, а СЭС в целом многомодульной системой электроснабжения.
Основной проблемой, возникающей при проектировании многомодульных ГЭС. является обеспечение равномерной загрузки модулей и выбор законов управления модулями с обеспечением заданных показателей качества выходного напряжения. При этом необходимо решать задачи обеспечения надежности и качес.ва разработок, снижение их
стоимости ч времени, что связано с разработкой методов и алгорит-иоа нсследов'чий и "ооектирования многомодульных СЭС, которые могут использоваться при изменении проектных и целевых условий.
К я-ие задачи данной проблемы уже рі..еіш в той или иной степени. В работах ІСонева Ю.И.. Ьукреева С.С, Головацкого В.*., ДовбышВ.Д.. Кадацкого А. И., Любчеикэ Ю.М.. Олейннк !!. И.. Юрчеико Л. И. достаточно полно освещены вопросы сідання и исследования мощных многофазных преобразователей напряжения с последовательным регулирующим элемент м. ^опросам исследования СЭС, построенных на основе параллел- чо соединенных модулей, посвящены работы Черныше-ua А.. . Исляева Ш.Н., Соустина Б.П., йванчуры В.И., Казчнцева й.М., Казанцева А.В. Рассмотрению устойчивости и синтеза, анализу переходных и установившихся процессов в импульсном стабилизаторе напряжений посвящены научные разр- Чотки Мелешина В.ІІ.. Опадчего Ю.Ф., Соустина Б.П.. Йванчуры В.И.. Ловчикова А.Н., Казанцева Л.В., Mai. кова Л.в., Кобзева А.В , Баушева B.C., Нихальченко Г.Я.
Несмотря на большой опыт в экилуатации и проектировании КА, решении '.опросов проектирования, изготовления а испытанна систем электроснабжения, вопроси обеспечения заданных динамических свойств .»ри проектировании СЗС, построенных по модульному принципу, 'остаются малоизученными и решаются экспериментальной отладкой, что отнимает много времени и требует высокой квалификации настройщиков. В связи с этим задачи анализа инамики многомодульных СЭС КА, разработки методики ее синтеча, разработки средств автоматизацич .роцесса проектирования многомодулілых СЭС являются ахті.льними.
Цель работы: исследование многомодульных систем электроснабжения кмичс-ких аг "аратов и разработка методики их синтеза для обеспечения высоких статичес чх и динамических показателей системі' н_ основе методов математического моделирования и систем автоматизированного проектирования.
Для достижения поставленной цели необходим решить следующие задачи: разработать математические модели модуля для анализа и синтеза на разных етапах проектиров?чия СЭС: исследовать влиг те изменения араметов модуля "а токораспределение между модулями СЭС: разработать алгоритм исследований электромагнитных процессов с применена ' с ітс ! автоматизированного проектирования (САПГ). позволяющий проводить .исследования многомодульной СЭС с различны-
ми законами управления: разработать методики синтеза мноюмодуль-ной СЭС и автоматизированных исследований с применением САПР.
Методы исследования: методы теории электрических цепей, теории автоматического управления, математического моделирования, моделирования с помощью САПР.
Научная новизна состоит в следующем: разработаны математические основы анализа и синтеза многомодульной СЭС с последовательным импульсным преобразователем как квазинепрерывной нелинейной системы, позволяющие решать задачи создания СЭС с заданными статическими и динамическими характеристиками: разработан алгоритм определения устойчивости многомодульной СЭС. сформулированы условия отсутствия многочастотных колебаний выходного напряжения: разработаны методы исследования электромагнитных процессов многомодульных СЭС по мгновенным значениям на.основе программ автоматизированного проектирования, позволяющие существенно сократить затраты машинного времени при расчете установившихся и переходных процессов в многомодульных СЭС: показаны зависимости показателей качества , выходного напряжения и "токораспределения между модулями СЭС при различных законах управления модулями в функции параметров схемы управления СЭС: разработаны алгоритмы автомат,ізировам-кого проектирования многомодульных СЭ.С КА с применением* пакетов программ моделирова"ия. позволяющие существенно сократить затраты на исследования и создание СЭС. '
Практическую ценность диссертационной работы составляют: совокупность математических моделей и алгоритмов, позволяющих получить единый подход к исследованию и проектированию многомодульных СЭС на различных этапах проектирования: методика определения условий возникновения ?шогочастотиых колебаний-выходного напряжения СЭС; схемотехнические решения построения модуля СЭС. обладающего высокими покозатслями качества выходного напряжения и методика синтеза модуля СЭС; методика применения программы схемотехнического моделирования PSpice при проектировании многомодульной СЭС.
На защиту выносится:
-
Математическое описание процессов в многомодульных системах электроснабжения космических апп; ратов которое позволяет решать задач** проектирования, исследования, синтеза, с различной степенью детализации на разных этапах проектирования.
-
Условия возникновения многочастотных колебаний выходного
напряженно б многомодульных СЭС п способы их устранения.
-
Зави имссть неравномерности токораспределеиия между модулями СЗС от технологического разброса параметороз модуля и условие выравнивания токов между модулями при одноконтурном управлении.
-
Результати исследований электромагнитных процессов в многомодульной СЭС с многоконтурным управлением с различными законами управления з виде зависимостей от параметров схемы управления.
-
Разработанная методика построения моделей и выбора режимов работы при ' іпользовании программы моделирования PSpice. которые существенно уменьшают затраты машинного времени при заданной точности расчетов на исследование и проектирование СЭС.
Практическая реализация Полученные в диссертации результаты использовались при выполнении научно-исследовательских работ в области создания систем электроснабжения повышенной мощности в НПО прикладной ..еханики. Научны" результаты диссертации включены ь программы учебных курсов "Автоматизированное проектирование систем правления летательных аппаратов", "Системы автоматизированного проектирования систем автоматического управления" специальности 21.07, читаемых на кафедре системы автоматического управления Сибирской аэрокосмической академии.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на третьем Российско-китайском семинаре по аэрокоо-мической технике, состоявшемся в Сибирской Аэрокосмической Академии в 1994 г ;ду: на второй научно-практической конференции "Проблемы информатизации города", Красноярск, 1993г.; на региональной конференции "Прогрессивные материалы, технологии, конструкции". Кгчсноя^к. С.'\. 19-/5г.; на краевой межвузовской конференции "Студент, цивилизация, прогресс, человечество". Красноярск, САА. 1945г.: на заседании кафедры систем автоматического управления Сибирской Аэрокосмическ^й Академии.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 3 статьях, выпущено два научно-технических отчета.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключеі.ля и приложения. Работа содержит 130 страниц машинописного текста. 63 рисунка, список литературы 64 наименования
Похожие диссертации на Управление токораспределением в многомодульных системах электроснабжения космических аппаратов
