CN107703975A - 无线能量传输型帆板对日跟踪系统 - Google Patents

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徐拓奇
于洪良
苏阳
连士博
王欢
张伟
朱洪岩
刘良飞
孙洪彬
何晓恬
王满昌
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Chang Guang Satellite Technology Co Ltd
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

无线能量传输型帆板对日跟踪系统，涉及星载太阳能电源系统领域，解决现有技术存在系统体积重量大、有机械磨损、容易出现短路进而造成整星失效等问题，本发明通过数据采集单元将卫星对日姿态信息经第一数据传输单元无线发送到卫星内部，由下位机控制器分析后发送控制指令，并经无线传输后由帆板控制单元控制太阳帆板转动，实现对日跟踪；通过第一能量传输单元将太阳帆板产生的能量通过卫星内部的第二能量传输单元传送至卫星内部，为整星负载供电。本发明实现卫星内外无直接电气连接，避免了传统的导电滑环的械磨损问题，适用于卫星无线能量传输型帆板对日跟踪的控制。

Description

无线能量传输型帆板对日跟踪系统
技术领域
本发明涉及星载太阳能电源系统领域，具体涉及一种无线能量传输型帆板对日跟踪系统，该系统可实现卫星无线通信控制和无线能量传输，无需连线。
背景技术
目前，对日跟踪系统为保证太阳帆板自由转动，太阳帆板产生的电能通过导电滑环传输至卫星内部，来保证能量传输。由于导电滑环的存在，能量传输系统存在体积重量大、有机械磨损、容易出现短路等问题。
此外，太阳帆板位置的频繁转动，长期使用导电滑环会由于机械磨损产生金属碎屑，在真空环境中金属碎屑容易造成导电滑环的短路，从而造成整星失效。
发明内容
本发明的目的是针对卫星内部外部数据和能量传输，提出一种无线能量传输型太阳帆板对日跟踪系统，该系统无需直接电气连接，保证了太阳帆板转动的可靠性。
无线能量传输型帆板对日跟踪系统，包括卫星外部的数据采集单元、帆板控制单元、第一数据传输单元和第一能量传输单元以及卫星内部的第二数据传输单元、第二能量传输单元、下位机控制器和整星负载；通过数据采集单元将卫星对日姿态信息经第一数据传输单元无线发送到卫星内部，由下位机控制器分析后发送控制指令，并经无线传输后由帆板控制单元控制太阳帆板转动，实现对日跟踪；通过第一能量传输单元将太阳帆板产生的能量通过卫星内部的第二能量传输单元传送至卫星内部，为整星负载供电。
本发明的有益效果：
一、本发明所述的对日跟踪系统通过太阳敏传感器采集当前对日位置信息，传输至卫星内部，经控制下位机分析后，控制太阳帆板转动，实现太阳帆板的对日定向跟踪。
二、本发明采用ZIGBEE无线数据传输能够很好的解决卫星内外数据传输连接问题，体积小，无直接电气连接。实现无线通信控制和无线能量传输，降低了整星重量，保证了太阳帆板转动的可靠性。
三、本发明中，太阳帆板产生的能量传输至卫星内部，为整星供电。无线能量传输技术能够很好的解决卫星内外能量传输的问题。其中QI无线能量传输采用电磁感应原理，相对于磁共振方式和传输距离较远、效率较高。
四、本发明实现了卫星内外无直接电气连接，避免了传统的导电滑环的械磨损问题，适用于中小型卫星无线能量传输型帆板对日跟踪的控制。
附图说明
图1为本发明所述的无线能量传输型太阳帆对日跟踪系统的原理框图；
图2为本发明所述的无线能量传输型太阳帆对日跟踪系统中帆板控制单元的原理框图；
图3为本发明所述的无线能量传输型太阳帆对日跟踪系统中QI无线能量传输单元的原理框图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，无线能量传输型太阳帆对日跟踪系统，星外部包括太阳帆板，数据采集单元，帆板控制单元，第一数据传输单元和第一能量传输单元，卫星内部包括第二数据传输单元，第二能量传输单元，下位机控制器及整星负载。
无线能量传输型太阳帆对日跟踪系统的工作过程为：通过数据采集单元将卫星对日姿态信息经第一数据传输单元无线发送到卫星内部，由下位机控制器分析后发送控制指令，并经无线传输后由帆板控制单元控制太阳帆板转动，实现对日跟踪；通过第一能量传输单元将太阳帆板产生的能量通过卫星内部的第二能量传输单元传送至卫星内部，为整星负载供电。
结合图2说明本实施方式，数据采集单元由数字太阳敏传感器构成，实时采集太阳帆板对日相对位置信息。
本实施方式所述的帆板控制单元由驱动电路和步进电机构成，通过控制指令转动步进电机，实现太阳帆板对日相对位置的调整。其中，驱动电路由路L298驱动芯片构成，步进电机采用57HS5106A4型号，转动角度最小为1.8°。
本实施方式所述的数据传输单元由卫星内外两部分构成。采用ZIGBEE无线传输技术。负责传输星外太阳帆板位置信息数据和星内控制指令。其中ZIGBEE无线通信模块采用CC2530无线通信模块。CC2530模块提供一个IEEE 802.15.4兼容无线收发器，F内核控制模拟无线模块。另外，它提供了MCU和无线设备之间的一个接口，这使得可以发出命令、读取状态、自动操作和确定无线设备事件的顺序。无线设备还包括一个数据包过滤和地址识别模块。
本实施方式中的下位机控制器位于卫星内部，其主要功能是分析当前太阳帆板对日位置信息，根据当前信息，发送控制指令，控制帆板转动，实现对日跟踪。其中，控制下位机采用C8051F040型号单片机。
结合图3说明本实施方式，第一无线能量传输单元和第二无线能量传输单元均采用QI无线能量传输技术，也由卫星内外两部分构成，星外QI能量传输单元，包括全桥逆变单元，PWM控制单元，太阳能电池板，及星外发射天线。其中，控制单元由UC3875移相全桥控制器构成，输出四路PWM波，死区时间可调。全桥逆变单元由四支MOS管搭建构成。星外发射天线选用环形天线，实现电磁感应式能量传输的发射部分。
卫星内部接收单元包括星内接收天线，全桥整流单元及整星负载。其中，星内接收天线与星外发射天线设计相同，耦合电磁场。整流部分采用全桥整流方式，由四支二极管构成。实现电磁感应式能量传输的接收部分。
本实施方式中的QI无线能量传输单元的工作过程为：由太阳能电池产生的直流电，经由PWM控制器控制的全桥逆变单元后，转换成交流电，经星外发射天线向外传输，接收天线，通过电磁感应原理，产生感应电动势，经过全桥整流单元后，为负载供电。
本实施方式利用QI无线能量传输技术，通过能量传输单元，将太阳帆板产生的能量传输至卫星内部，供整星负载用电。实现了卫星内外无直接电气连接，避免了传统的导电滑环的械磨损问题，适用于中小型卫星无线能量传输型帆板对日跟踪的控制。

Claims (6)

1.无线能量传输型帆板对日跟踪系统，包括卫星外部的数据采集单元、帆板控制单元、第一数据传输单元和第一能量传输单元以及卫星内部的第二数据传输单元、第二能量传输单元、下位机控制器和整星负载；其特征是；
通过数据采集单元将卫星对日姿态信息经第一数据传输单元无线发送到卫星内部，由下位机控制器分析后发送控制指令，并经无线传输后由帆板控制单元控制太阳帆板转动，实现对日跟踪；通过第一能量传输单元将太阳帆板产生的能量通过卫星内部的第二能量传输单元传送至卫星内部，为整星负载供电。
2.根据权利要求1所述的无线能量传输型帆板对日跟踪系统，其特征在于；所述帆板控制单元由驱动电路和步进电机构成，驱动电路根据下位机控制器发送的控制信号转动步进电机，实现太阳帆板对日相对位置的调整。
3.根据权利要求1所述的无线能量传输型帆板对日跟踪系统，其特征在于；所述第一数据传输单元和第二数据传输单元采用ZIGBEE无线传输技术进行无线通信。
4.根据权利要求1所述的无线能量传输型帆板对日跟踪系统，其特征在于；所述第一能量传输单元和第二能量传输单元采用QI无线能量传输技术进行无线伟输。
5.根据权利要求4所述的无线能量传输型帆板对日跟踪系统，其特征在于；所述第一能量传输单元包括全桥逆变单元、PWM控制器、太阳能电池板及发射单元，第二能量传输单元接收单元、全桥整流单元及负载；
所述太阳能电池产生直流电，经由PWM控制器控制的全桥逆变单元转换成交流电，经发射单元向外传输；所述接收单元通过电磁感应原理，产生感应电动势，并经全桥整流单元后，为负载供电。
6.根据权利要求1所述的无线能量传输型帆板对日跟踪系统，其特征在于；所述数据采集单元由数字太阳敏传感器构成，用于实时采集太阳帆板对日相对位置信息。
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