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航空、航天

航天器電源系統(tǒng)建模與仿真

包郵航天器電源系統(tǒng)建模與仿真

作者：劉治鋼，杜青，李海津等編著

出版社：北京理工大學(xué)出版社出版時(shí)間：2021-12-01

開本： 24cm 頁數(shù)： 313頁

本類榜單：工業(yè)技術(shù)銷量榜

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版權(quán)信息
內(nèi)容簡介
目錄
作者簡介

航天器電源系統(tǒng)建模與仿真版權(quán)信息

ISBN：9787576306446
條形碼：9787576306446 ; 978-7-5763-0644-6
裝幀：一般膠版紙
冊(cè)數(shù)：暫無
重量：暫無
所屬分類：
工業(yè)技術(shù)
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航空、航天

航天器電源系統(tǒng)建模與仿真內(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)洹㈥P(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”*新的研究成果，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(duì)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。

航天器電源系統(tǒng)建模與仿真目錄

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(duì)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)建模基礎(chǔ)107

　3. 1　太陽電池建模107

　　3. 1. 1　太陽電池建模基礎(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(píng)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(píng)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

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航天器電源系統(tǒng)建模與仿真作者簡介

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)。

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