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內(nèi)容簡介

　　本書概述了航天器電源系統(tǒng)的組成和仿真需求，梳理了常用建模方法、建模語言和仿真工具的發(fā)展現(xiàn)狀，給出了利用Modelica語言開展航天器電源系統(tǒng)建模的相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)，系統(tǒng)介紹了航天器電源系統(tǒng)拓?fù)?、關(guān)鍵單機(jī)的工作原理，提出了航天器電源系統(tǒng)層次化模型表征和構(gòu)建方法，總結(jié)了電源系統(tǒng)能量平衡、接地分析等多要素仿真驗(yàn)證和能源流“數(shù)字伴飛”研究成果，并結(jié)合工程實(shí)踐給出了仿真實(shí)例，使讀者能夠了解航天工程一線的知識(shí)沉淀，對讀者的學(xué)習(xí)、工作產(chǎn)生啟發(fā)。本書立足于航天器電源系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、分析和仿真驗(yàn)證，可作為高等院校宇航相關(guān)專業(yè)學(xué)生的教學(xué)參考書，也可供從事宇航工程、航天器總體設(shè)計(jì)及有關(guān)專業(yè)的科技人員參考。

作者簡介

　　劉治鋼，博士，研究員，現(xiàn)任職于北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部。中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)無線電能傳輸專業(yè)委員會(huì)委員、中國宇航學(xué)會(huì)第一屆空間太陽能電站專業(yè)委員會(huì)委員，主要從事航天器供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、復(fù)雜航天器電源系統(tǒng)建模與仿真、空間能源技術(shù)發(fā)展規(guī)劃等工作。曾先后參加“嫦娥五號(hào)”“天問一號(hào)”供配電分系統(tǒng)研制，主持完成10余項(xiàng)軍民預(yù)先研究項(xiàng)目，參與出版專著3本，發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，授權(quán)國家發(fā)明專利20余項(xiàng)，獲中國專利獎(jiǎng)銀獎(jiǎng)1項(xiàng)。

圖書目錄

第1 章　緒論1
　1. 1　航天器電源系統(tǒng)簡介1
　　1. 1. 1　太陽電池陣2
　　1. 1. 2　儲(chǔ)能電池3
　　1. 1. 3　電源控制裝置5
　　1. 1. 4　總體電路13
　1. 2　系統(tǒng)建模與仿真概述15
　　1. 2. 1　系統(tǒng)建模方法15
　　1. 2. 2　通用建模語言17
　1. 3　航天器電源系統(tǒng)仿真需求18
　1. 4　航天器電源系統(tǒng)仿真軟件21
　　1. 4. 1　通用電路仿真軟件22
　　1. 4. 2　專用的航天器電源系統(tǒng)仿真軟件25
第2 章　Modelica 語言建模與仿真基礎(chǔ)35
　2. 1　Modelica 概述35
　2. 2　模型要素37
　　2. 2. 1　變量37
　　2. 2. 2　方程與算法38
　　2. 2. 3　連接39
　　2. 2. 4　類與類型41
　2. 3　建模功能43
　　2. 3. 1　面向?qū)ο蠼?3
　　2. 3. 2　陳述式建模47
　　2. 3. 3　連續(xù)離散混合建模50
　　2. 3. 4　多領(lǐng)域統(tǒng)一建模53
　2. 4　方程55
　　2. 4. 1　聲明方程55
　　2. 4. 2　變型方程55
　　2. 4. 3　等式方程56
　　2. 4. 4　for 方程57
　　2. 4. 5　連接方程58
　　2. 4. 6　條件方程59
　　2. 4. 7　其他方程64
　2. 5　算法64
　　2. 5. 1　賦值語句66
　　2. 5. 2　for 循環(huán)語句66
　　2. 5. 3　while 循環(huán)語句67
　　2. 5. 4　if 語句68
　　2. 5. 5　when 語句69
　　2. 5. 6　其他語句70
　2. 6　數(shù)組71
　　2. 6. 1　數(shù)組聲明71
　　2. 6. 2　數(shù)組構(gòu)造73
　　2. 6. 3　數(shù)組連接77
　　2. 6. 4　數(shù)組索引與切片79
　　2. 6. 5　數(shù)組運(yùn)算81
　2. 7　函數(shù)84
2　　■ 航天器電源系統(tǒng)建模與仿真
　　2. 7. 1　函數(shù)定義85
　　2. 7. 2　函數(shù)調(diào)用87
　　2. 7. 3　內(nèi)置函數(shù)90
　　2. 7. 4　記錄構(gòu)造函數(shù)93
　　2. 7. 5　函數(shù)向量化調(diào)用94
　　2. 7. 6　導(dǎo)函數(shù)95
　　2. 7. 7　外部函數(shù)96
　　2. 7. 8　外部對象102
　2. 8　模型初始條件104
　　2. 8. 1　設(shè)置初始條件105
　　2. 8. 2　確定初始條件個(gè)數(shù)106
第3 章　航天器電源系統(tǒng)建?；A(chǔ)107
　3. 1　太陽電池建模107
　　3. 1. 1　太陽電池建?；A(chǔ)107
　　3. 1. 2　硅太陽電池114
　　3. 1. 3　砷化鎵太陽電池117
　　3. 1. 4　三結(jié)砷化鎵太陽電池121
　　3. 1. 5　太陽電池陣122
　3. 2　蓄電池建模123
　　3. 2. 1　蓄電池建模基礎(chǔ)123
　　3. 2. 2　鎘鎳/ 氫鎳蓄電池模型128
　　3. 2. 3　鋰離子電池模型129
　3. 3　電源控制裝置建模132
　　3. 3. 1　分流調(diào)節(jié)器數(shù)學(xué)模型132
　　3. 3. 2　蓄電池充電調(diào)節(jié)器模型133
　　3. 3. 3　蓄電池放電控制器模型134
　　3. 3. 4　S3R 調(diào)節(jié)器電路模型135
　　3. 3. 5　S4R 調(diào)節(jié)器電路模型139
目　錄 ■　　 3
　　3. 3. 6　MPPT 141
　3. 4　配電和負(fù)載146
　　3. 4. 1　開關(guān)模型146
　　3. 4. 2　SSPC/ LCL 模型149
　　3. 4. 3　典型負(fù)載模型154
第4 章　基于Modelica 的航天器電源系統(tǒng)建模157
　4. 1　模型構(gòu)建規(guī)范及開發(fā)驗(yàn)證流程157
　　4. 1. 1　模型庫構(gòu)建規(guī)范157
　　4. 1. 2　模型庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)158
　　4. 1. 3　單機(jī)模型開發(fā)與驗(yàn)證159
　　4. 1. 4　模型的修正與評價(jià)160
　4. 2　太陽電池模型163
　　4. 2. 1　三結(jié)砷化鎵太陽電池模型163
　　4. 2. 2　硅太陽電池168
　　4. 2. 3　砷化鎵太陽電池169
　　4. 2. 4　太陽能電池陣模型169
　4. 3　蓄電池模型172
　　4. 3. 1　鋰離子電池模型172
　　4. 3. 2　鎘鎳蓄電池模型176
　4. 4　電源控制裝置179
　　4. 4. 1　MEA 和BEA 控制器179
　　4. 4. 2　S3R 分流調(diào)節(jié)器模型181
　　4. 4. 3　S4R 充電分流調(diào)節(jié)器模型183
　　4. 4. 4　BDR 模型186
　　4. 4. 5　BCR 模型187
　　4. 4. 6　MPPT 調(diào)節(jié)模塊模型189
　4. 5　配電和負(fù)載模型192
　　4. 5. 1　二次電源DC/ DC 192
4　　■ 航天器電源系統(tǒng)建模與仿真
　　4. 5. 2　開關(guān)控制配電器193
　　4. 5. 3　固態(tài)功率控制器196
　　4. 5. 4　直供電配電器199
　　4. 5. 5　火工品配電器200
　　4. 5. 6　典型負(fù)載模型202
第5 章　航天器電源系統(tǒng)層次化建模和多要素仿真211
　5. 1　航天器電源系統(tǒng)層次化模型表征和構(gòu)建方法211
　　5. 1. 1　“數(shù)字地圖式” 層次化模型211
　　5. 1. 2　系統(tǒng)層模型213
　　5. 1. 3　設(shè)備層模型213
　　5. 1. 4　電路層模型214
　　5. 1. 5　層次化模型間的關(guān)系214
　　5. 1. 6　層次化模型的可視化215
　　5. 1. 7　層次化模型實(shí)例216
　5. 2　能量平衡仿真220
　　5. 2. 1　分析原則220
　　5. 2. 2　分析方法220
　　5. 2. 3　仿真實(shí)現(xiàn)223
　5. 3　地回路仿真224
　　5. 3. 1　仿真目的224
　　5. 3. 2　分析方法225
　　5. 3. 3　仿真實(shí)現(xiàn)227
　5. 4　故障仿真228
　　5. 4. 1　太陽電池陣故障228
　　5. 4. 2　蓄電池組故障229
　　5. 4. 3　電源控制裝置故障229
　　5. 4. 4　配電開關(guān)與電纜故障229
　5. 5　狀態(tài)評估與預(yù)測230
目　錄 ■　　 5
　　5. 5. 1　蓄電池組SOC 估計(jì)230
　　5. 5. 2　蓄電池組SOH 估計(jì)與預(yù)測234
　5. 6　航天器電源系統(tǒng)“數(shù)字伴飛” 235
　　5. 6. 1　航天器數(shù)字伴飛的概念與功能235
　　5. 6. 2　航天器數(shù)字伴飛的基礎(chǔ)237
　　5. 6. 3　數(shù)字伴飛模型237
　　5. 6. 4　模型修正238
　　5. 6. 5　在線估計(jì)與預(yù)測243
　　5. 6. 6　航天器能源流數(shù)字伴飛系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)踐246
第6 章　航天器電源系統(tǒng)仿真實(shí)例250
　6. 1　LEO 航天器電源系統(tǒng)仿真實(shí)例250
　　6. 1. 1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況250
　　6. 1. 2　系統(tǒng)架構(gòu)及各組件建模250
　　6. 1. 3　能量平衡分析256
　6. 2　火星車電源系統(tǒng)仿真實(shí)例260
　　6. 2. 1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況261
　　6. 2. 2　環(huán)境模型建模262
　　6. 2. 3　太陽電池陣模型建模267
　　6. 2. 4　蓄電池模型建模272
　　6. 2. 5　電源控制建模273
　　6. 2. 6　能量平衡分析277
　6. 3　“嫦娥五號(hào)” 電源系統(tǒng)仿真實(shí)例282
　　6. 3. 1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況282
　　6. 3. 2　上升器電源子系統(tǒng)架構(gòu)及各組件建模283
　　6. 3. 3　能量平衡分析287
參考文獻(xiàn)291
索引298