CC BY
20Spacecraft Simulator: AAS/AIAA Astrodynamics Specialists Conference, Big Sky. Montana, August. 2003. URL: http://www.dept.aoe.vt.edu/~cdhall/papers/ AAS03-611.pdf (дата обращения: 22.11.2014).
4. Schwartz J. L., Hall C. D. System Identification of a Spherical Air-Bearing Spacecraft Simulator: AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting. - Maui, Hawaii. - February 2004. URL: http://www.dept.aoe.vt.edu/~cdhall/ papers/AAS04-122.pdf (дата обращения: 22.11.2014).
5. Sinitskiy D. E. [Upgraded test facilities to monitor the dynamic ray characteristics of the spacecraft on the basis of semi-natural methods are modulation] Modernizi-rovannyy ispytatel'nyy kompleks dlya kontrolya di-namiche-skikh kharakteristik kosmicheskogo apparata na osnove metodov polunaturnogo modelirovaniya. Dis. Cand. Sc. Krasnoyarsk. 2014, 124 p.
© Федченко Д. А., Дернов С. А., Якимов Е. Н., Мурыгин А. В., 2015
УДК 621.311.69
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ИМИТАТОРОВ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ
Н. В. Штабель, Е. А. Мизрах, Р. В. Балакирев, С. Б. Ткачев, Д. Н. Пойманов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: shtabnik@gmail.com
Приведен обзор различных реализаций функциональных преобразователей для имитаторов солнечных батарей. Рассмотрены и исследованы динамические характеристики аналогового и цифрового функциональных преобразователей.
Ключевые слова: функциональный преобразователь, солнечная батарея, преобразование сигналов, обратная связь.
FUNCTIONAL CONVERTERS OF ANALOG SIGNALS FOR SOLAR ARRAY SIMULATOR
N. V. Shtabel, E. A. Mizrah, R. V. Balakirev, S. B. Tkachev, D. N. Poymanov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: shtabnik@gmail.com
The article contains review of possible solar array simulator functional transformer types. The researchers study and discuss dynamical characteristics of analog and digital realizations offunctional transformers.
Keywords: functional transformer, solar array, signal processing, feedback.
В настоящее время для наземных испытаний энергосистем космических аппаратов, использующих в качестве источника первичного электропитания солнечные батареи, широко применяются имитаторы солнечных батарей (ИБС). ИБС представляют собой источники электропитания, воспроизводящие основные характеристики солнечной батареи (БС), такие как вольтамперная характеристика (ВАХ) и адми-тансная частотная характеристика (АдЧХ).
В СибГАУ разрабатываются ИБС, использующие принцип формирования требуемых характеристик по цепи функциональной обратной связи (ФОС). ИБС выполнены по схеме стабилизатора тока с обратной связью по напряжению нагрузки (рис. 1), содержащей функциональный преобразователь (ФП), воспроизводящий требуемую ВАХ, и масштабирующие устройства, необходимые для регулирования ВАХ в требуемом диапазоне.
04
ФП
УН КУ НУМ H
ИТ
Рис. 1. Структурная схема ИБС с ФОС по напряжению нагрузки
В [1; 2], показано, что свойства ФОС оказывают существенное влияние на точностные и динамические характеристики имитатора, а именно: погрешность воспроизведения ВАХ, полосу пропускания и адмитанс-но-частотную характеристику. Причём свойства ФОС
Решетнеескцие чтения. 2015
определяются, главным образом, свойствами ФП. Поэтому разработка ФП, обеспечивающего требуемые статические и динамические характеристики ИБС, представляет значительный интерес.
Условно все ФП можно разделить на три группы по способу реализации:
- ФП на эталонном элементе (характеристика задаётся настоящим солнечным элементом, помещённым в условия требуемого спектра освещения, температуры и т. п.) [3];
- ФП диодного типа (для получения характеристики используется ВАХ диода в силу схожести её с ВАХ БС) [4];
- ФП схемотехнические (электрическая схема на дискретных элементах обеспечивает воспроизведение ВАХ), которые, в свою очередь, подразделяются на аналоговые и цифровые, в которых входной сигнал преобразуется в цифровую форму для обработки.
Последними разработками в рассматриваемой области являются цифровые ФП (ЦФП), в основе которых лежит предварительное аналого-цифровое преобразование сигнала, что позволяет обрабатывать сигнал с помощью современных средств микропроцессорной техники, цифровых обработчиков сигнала, ПЛИС, стандартной логики и т. д. Такие ФП обеспечивают большую гибкость настройки, возможность менять ВАХ в процессе работы ИБС, относительную простоту в настройке и проектировании.
Среди ЦФП можно выделить:
- ФП вычисляющего типа, в которых в качестве обработчика сигнала выступает микроконтроллер, который для каждого входящего значения сигнала каждый раз вычисляет выходное значение [5];
- ФП табличного типа, в которых входной сигнал поступает на запоминающее устройство, в котором для всех возможных значений входного сигнала записаны выходные значения.
Вне зависимости от устройства реализации обработки цифрового сигнала (ЦОС) в цифровых ФП осуществляется последующее цифро-аналоговое преобразование сигнала.
Цифровые ФП также могут быть дополнены масштабирующими устройствами на входе (Мвх) и на выходе (Мвых), как и в случае с аналоговым ФП. Это также позволяет решить проблему падения разрешающей способности ФП при неполном использовании диапазона регулирования ВАХ.
При всех достоинствах цифровые ФП по сравнению с аналоговыми обладают одним существенным недостатком - меньшим быстродействием, что оказывает негативное влияние на воспроизведение АдЧХ ИБС. Это обусловлено относительно низкой скоростью преобразования аналогового сигнала в цифровой и обратно. Воздействие на АдЧХ объясняется тем, что фактически цифровой ФП представляет собой звено чистого запаздывания с нелинейностью, что даёт эффект, равносильный паразитной ёмкости, включенной на выходе ИБС.
Авторами были исследованы характеристики и произведено сравнение трёх основных типов ФП: аналогового ФП с масштабирующими элементами, цифровых ФП вычислительного и табличного типа. Исследование проводилось по двум основным на-
правлениям: определение динамических характеристик ФП, работающего отдельно, и определение динамических характеристик ИБС с данными типами ФП.
При определении динамических характеристик цифровых ФП снимались амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики (ФЧХ). Были получены ФЧХ для обоих типов цифровых ФП, из которых видно, что табличный ФП имеет меньшее запаздывание по фазе (более высокое быстродействие) и поэтому оказывает меньшее влияние на динамику ИБС.
ку
I. Гц
Рис. 2. АдЧХ ИБС с аналоговым ФП и цифровым ФП
Сравнение экспериментально полученных АдЧХ ИБС с аналоговым и цифровым ФП (рис. 2) показывает, что характеристики практически не отличаются. Это позволяет заменить в ИБС аналоговые ФП на цифровые ФП табличного типа при обеспечении требуемой динамической точности и расширении функциональных возможностей ИБС за счёт повышения гибкости задания формы ВАХ.
Библиографические ссылки
1. Мизрах Е. А., Сидоров А. С., Балакирев Р. В. О синтезе адмитансных частотных характеристик имитатора солнечной батареи // Вестник СибГАУ.
2006. Вып. 2(9).
2. Сидоров А. С., Мизрах Е. А. Исследование имитатора солнечных батарей с параллельным непрерывным усилителем мощности // Вестник СибГАУ.
2007. Вып. 4(17).
3. Martín-Segura G., López-Mestre J., Teixidó-Casas M., Sudriá-Andreu A. Development of a photovoltaic array emulator system based on a full-bridged structure // Electrical Power Quality and Utilisation (EPQU). 9th International Conference. 2007. Т. 4. Вып. 2. С. 1-6.
4. Кремзуков Ю. А. Исследование динамических характеристик имитатора солнечной батареи ИБС-300/25 // Известия Томского политехнического университета. 2008. Т. 312, № 4. Энергетика. С. 131-135.
5. Штабель Н. В., Балакирев Р. В. Исследование динамических характеристик цифрового функционального преобразователя : тезисы // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы Все-рос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых специалистов (12-16 апреля 2010, г. Красноярск). В 2 т. Т. 1. Технические науки. Информационные технологии / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2010. 472 с.
References
1. Mizrakh E. A., Sidorov A. S., Balakirev R. V.O sinteze admitansnykh chastotnykh kharakteristik imitatora solnechnoy batarei. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta imeni akademika M. F. Reshetneva. Vypusk 2(9). Pod red. prof. G. P. Belya-kova. Krasnoyarsk : SibGAU, 2006.
2. Sidorov A. S. Issledovanie imitatora solnechnykh batarey s parallel'nym nepreryvnym usilitelem moshchnosti. A. S. Sidorov, E. A. Mizrakh. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta imeni akademika M. F. Reshetneva. Vypusk 4(17). Pod red. prof. G. P. Belyakova. Krasnoyarsk : SibGAU, 2007.
3. Martín-Segura G., López-Mestre J., Teixidó-Casas M., Sudriá-Andreu A. Development of a photovoltaic array emulator system based on a full-bridged structure. Electrical Power Quality and Utilisation (EPQU) 9th International Conference. 2007. Vol. 4. Vyp. 2. P.1-6.
4. Kremzukov Yu. A. Issledovanie dinamicheskikh kharakteristik imitatora solnechnoy batarei IBS-300/25.
Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Zhurnal Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. 2008. Vol. 312. № 4. Energetika. P. 131-135.
5. Shtabel' N. V., Balakirev R. V. Issledovanie dinamicheskikh kharakteristik tsifrovogo funktsional'nogo preobrazovatelya (tezisy). Aktual'nye problemy aviatsii i kosmonavtiki : materialy Vseros. nauch.-prakt. konf. stu-dentov, aspirantov i molodykh spetsialistov (12-16 apre-lya 2010, g. Krasnoyarsk) : v 2 t. T. 1. Tekhnicheskie nauki. Informatsionnye tekhnologii. pod obshch. red. Yu. Yu. Loginova ; Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2010. 472 p.
© Штабель Н. В., Мизрах Е. А., Балакирев Р. В., Ткачев С. Б., Пойманов Д. Н., 2015
УДК 621.314
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИМИТАТОР АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ С «ГОРЯЧИМ» РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ СИЛОВЫХ МОДУЛЕЙ
А. Г. Юдинцев1,2*, А. А. Царёв1
1Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники Российская Федерация, 634034, Томск, ул. Белинского, 53
2Томский политехнический университет Российская Федерация, 634050, Томск, просп. Ленина, 30. E-mail: yudintsev-anton@mail.ru
С целью обеспечения отечественных предприятий ракетно-космической отрасли более надёжным и качественным оборудованием для наземных испытаний систем электропитания космических аппаратов (СЭП КА) разработан автоматизированный имитатор аккумуляторной батареи (ИАБ) с «горячим» резервированием силовых модулей. Предложенная структура ИАБ позволяет проводить высококачественные автоматизированные испытания СЭП КА.
Ключевые слова: космический аппарат, система электропитания, автоматизированный имитатор аккумуляторной батареи, наземные испытания.
THE AUTOMATED STORAGE BATTERY SIMULATOR WITH HOT SWAP POWER UNITS
A. G. Yudintsev1,2*, A. A. Tsarev1
:The research institute of automatics and electromechanics of Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics 53, Belinskogo Str., Tomsk, 634034, Russian Federation 2Tomsk Polytechnic University 30, Lenin Av., Tomsk, 634050, Russian Federation. E-mail: yudintsev-anton@mail.ru
In order to provide domestic space industry with more reliable and quality equipment for technical testing spacecraft power supply system, the automated storage battery simulator is developed. In present simulator the hot swap of power units is implemented. The proposed storage battery simulator allows testing spacecraft power supply system in continuous mode by hot swap replacement of power modules during technical testing.
Keywords: spacecraft, power supply system, automated storage battery simulator, technical testing.
Система электропитания (СЭП) космического аппарата (КА) является одной из жизнеобеспечивающих наряду с системами терморегулирования и ориентации и является обязательной составной частью несу-
щей платформы КА. Вопрос надёжности и долговечности работы СЭП является принципиально важным при проектировании, изготовлении и наземных испытаниях КА [1].
