Сравнительное исследование топологий имитатора электрических характеристик системы электропитания космического аппарата

Крутских В.М.; Лобанов Д.К.; Пойманов Д.Н.; Мизрах Е.А.

УДК 62-533.7

СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТОПОЛОГИЙ ИМИТАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА*

В. М. Крутских, Д. К. Лобанов, Д. Н. Пойманов, Е. А. Мизрах

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: enis-home@mail.ru

Авторами было проведено сравнительное исследование двух топологий имитаторов электрических характеристик системы электропитания космического аппарата, разработаны имитационные модели имитаторов, проведены вычислительные эксперименты, исследованы электрические и переходные характеристики имитаторов.

Ключевые слова: имитатор, электрические характеристики, система электропитания, имитационная модель, космический аппарат.

SPACECRAFT POWER SUPPLY SYSTEM ELECTRICAL CHARACTERISTICS OF SIMULATOR

TOPOLOGY COMPARATIVE RESEARCH

V. M. Krutskikh, D. K. Lobanov, D. N. Poymanov, E. A. Mizrah

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: enis-home@mail.ru

Authors compares two spacecraft power system simulator topologies, develop simulation models of simulators, carry out computational experiments, study electrical and transient simulator characteristics.

Keywords: simulator, electrical characteristics, power supply system, simulation model, spacecraft.

При проведении наземных электрических испытаний электротехнических систем космического аппарата (КА) вследствие сложности применения систем электропитания (СЭП) используют имитаторы [1] электрических характеристик СЭП.

Функции назначения имитатора СЭП:

- питание бортовой аппаратуры номинальным напряжением;

- имитация выходного импеданса СЭП;

- имитация помеховой обстановки на выходной шине питания.

В общем случае имитатор СЭП [4] представляет собой управляемый стабилизатор напряжения с выходным импедансом требуемого вида.

В данной работе произведен сравнительный анализ статических и динамических свойств двух перспективных топологий имитатора электрических характеристик СЭП КА.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи: разработаны математическое описание двух топологий ИСЭП [2], их имитационные модели [3] в пакете схемотехнического моделирования МюгоСАР, произведен анализ и синтез ИСЭП с требуемыми показателями качества переходных процессов, проведены вычислительные экспери-

менты с математическими моделями в пакете Mathcad и имитационными моделями в пакете МюгоСАР.

Объектом исследования является ИСЭП, предметом исследования - происходящие в нем электрические процессы при воспроизведении штатных и аварийных режимов.

В обеих топологиях ИСЭП используется принцип двойного регулирования мощности: непрерывный стабилизатор напряжения (НСН) обеспечивает требуемое качество выходного напряжения, а импульсный стабилизатор напряжения (ИСН) ограничивает мощность рассеивания непрерывного регулирующего элемента (НРЭ). В топологии (рис. 1, а) это достигается за счет стабилизации падения напряжения на НРЭ, а в топологии (рис. 1, б) - за счет стабилизации напряжения на выходе импульсного преобразователя (ИП) напряжения.

Сравнительный анализ свойств и проведенные исследования с имитационными моделями показали, что при аналогичных параметрах составных частей имитаторов их статические и динамические характеристики практически совпадают. Свойства имитаторов существенно отличаются в аварийном режиме при коротком замыкании НРЭ.

*Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (Соглашение № 14.577.21.0082). Уникальный идентификатор RFMEFI57714X0082.

<Тешетневс^ие чтения. 2016

а б

Рис. 1. Топологии ИСЭП со стабилизацией напряжения на НРЭ (а) и стабилизацией напряжения на выходе импульсного преобразователя (б): ИОН - источник опорного напряжения; ИНС - источник напряжения смещения; УН - усилители напряжения; НРЭ - непрерывный регулирующий элемент; ДН - делитель напряжения; ШИМ - широтно-импульсный модулятор; иоп1 - опорное напряжение ИСН; иоп2 - опорное напряжение НСН; иос1 - напряжение ОС ИСН; иос2 - напряжение ОС НСН;ипит - напряжение питания; ин - выходное напряжение стабилизатора; иип - напряжение на выходе импульсного преобразователя; Rн - нагрузка

150.000 140.000 130.000 120.000 110.000 100.000 90.000

ь пиг

_.——'—'-

!

ип. В \

¿тмс

а.ооо

20.0ЭЭ

40.000

ео.оээ

еэ.эээ

Рис. 2. Переходные процессы ИСЭП со стабилизацией напряжения на НРЭ при коротком замыкании НРЭ

120.000 115.000 110.000 105.000 100.000 95.000 90.000

'"'"и

________________________ ________________________

ив. В-

?..МС

а.ооо

20.00В

40.000

ео.ооа

ео.озэ

Рис. 3. Переходные процессы ИСЭП со стабилизацией напряжения на выходе ИСН при коротком замыкании НРЭ

В топологии в аварийном режиме (рис. 1, а) происходит рост напряжения иип импульсного преобразователя до уровня напряжения ипит источника питания, который обычно намного превышает уровень напряжения ин нагрузки, что опасно для электротехнических систем КА. В топологии в этом же аварийном режиме (рис. 1, б) напряжение ин возрастает до напряжения иип импульсного преобразователя и может быть уменьшено до требуемой величины отключением напряжения смещения инс, что позволят

продлить испытания и тем самым повысить живучесть ИСЭП.

Библиографические ссылки

1. Мизрах Е. А., Пойманов Д. Н. Анализ структур имитаторов электрических характеристик систем электропитания космических аппаратов // Вестник СибГАУ. 2007. № 1.

2. Кирьянов Д. В. Самоучитель Mathcad 11. СПб. : БХВ-Петербург, 2003.

3. Разевиг В. Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-CAP 7. М. : Горячая линия-Телеком, 2003.

4. Балакирев Р. В., Пойманов Д. Н., Ткачёв С. Б. Имитатор электрических характеристик мощных систем электропитания для испытаний электротехнических систем космических аппаратов // Тезисы XX Научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ОАО «РКК «Энергия». 10-14 ноября 2014. г. Королёв Моск. обл.

References

1. Mizrah E. A., Poymanov D. N. Analiz struktur imitatorov elektricheskih harakteristik system

elektropitaniya kosmicheskih apparatov // Vestnik SibSAU. 2007. № 1.

2. Kir'yanov D. V. Samouchitel' Mathcad 11. SPb: BVH-Peterburg, 2003.

3. Rezevig V. D. Shemotehnicheskoe modelirovanie s pomosh'u Micro-CAP 7. M. : Goryachaya liniya-Telecom, 2003.

4. Balakirev R. V., Poymanov D. N., Tkachev S. B. Imitator elektricheskih harakteristic moshnih sistem elektropitaniya dlya ispitani' elektrotehnicheskih system kosmicheskih apparatov // Tezisi XX Nauchno-tehnicheskoi konferencii molodih uchenih I specialistov OAO "RKK "Energiya" 10-14 Noyabrya 2014, g. Korolev Mosk. obl.

УДК 629.78.054:621.396.018

МОДЕЛИРУЮЩИЙ НАЗЕМНЫЙ ОТЛАДОЧНЫЙ КОМПЛЕКС БОРТОВОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Ю. Н. Леган, А. В. Пичкалев, В. В. Прудков

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: al-mail@iss-reshetnev.ru

Моделирующий наземный отладочный комплекс позволит моделировать электронные схемы вместе со штатным бортовым программным обеспечением для имитации различных нештатных ситуаций работы бортовой РЭА (в том числе для исследования отказов).

Ключевые слова: SPICE-моделирование, SPICE-компьютер, отладочный комплекс, программное обеспечение, электронные схемы.

THE MODELLING TERRESTRIAL DEBUGGING COMPLEX FOR ON-BOARD RADIO-ELECTRONIC EQUIPMENT

Y. N. Legan, A. V. Pichkalev, V. V. Prudkov

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: al-mail@iss-reshetnev.ru

Modelling terrestrial debugging complex will allow to model electronic schemes together with the regular onboard software to imitate various supernumerary situations of onboard radio-electronic equipment operation (including for research of refusals).

Keywords: SPICE- modelling, SPICE-computer, debugging complex, software, electronic schemes.

Для проведения программных отработочных испытаний (ПОИ) в отделе проектирования и испытаний бортовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) ОАО «ИСС» был создан унифицированный наземный отладочный комплекс (НОК) программного обеспечения (ПО) бортовой РЭА на базе реального вычислительного модуля и аппаратно-программных эмуляторов функциональных узлов [1]. Аппаратура НОК РЭА имитирует входные сигналы, обрабатываемые в процессоре вычислительного модуля бортовой аппаратуры, и регистрирует его выходные сигналы, эмулируя работу приборов в составе КА.

Отработка ПО без использования реальных технических средств позволяет имитировать различные ситуации без изменения аппаратного состава схемы отработочных испытаний, что исключает риск выхода из строя аппаратных средств НОК и самой РЭА [2].

Разработка специальных программ испытаний ПО на эмуляторах позволяет довести до максимальной полноту проверок всех предполагаемых ситуаций, возможных во время штатной работы РЭА. Результаты исследования работы ПО при имитации различных нештатных ситуаций используются для объяснения

SPACECRAFT POWER SUPPLY SYSTEM ELECTRICAL CHARACTERISTICS OF SIMULATOR TOPOLOGY COMPARATIVE RESEARCH

Текст научной работы на тему «Сравнительное исследование топологий имитатора электрических характеристик системы электропитания космического аппарата»