CN109002393A - 一种星载能源管理软件闭环测试方法 - Google Patents

Abstract

一种星载能源管理软件闭环测试方法，首先构建星载能源管理软件测试系统，模拟星载能源管理软件测试系统闭环下带速率调整的充放电信号，然后构建星载能源管理软件测试系统闭环下指令响应模型，并建立星载能源管理软件测试系统闭环下指令响应模型的异常模拟，最后进行星载能源管理软件测试系统开环、闭环切换，完成星载能源管理软件闭环测试。

Description

一种星载能源管理软件闭环测试方法

技术领域

本发明涉及卫星平台软件对能源管理功能的闭环测试领域，特别是一种星载能源管理软件闭环测试方法。

背景技术

在卫星软件系统中，能源管理是重要组成部分。能源管理主要是对星载蓄电池组进行自主管理。通常管理过程较为复杂：

目前星载软件对能源管理的范围有电池充放电管理、均衡管理、电压有效性检测、过温保护、过流保护、过压保护、自主检测异常切换通道等。对于充放电管理，具有较复杂的状态机转移机制，软件需自主判断遥测判据，发出自主指令进行控制，这需要模拟器具备判据设置能力，同时具备仿真锂电池在充放电过程中电压电流变化情况，以适应恒流-恒压充放电管理的需求。均衡管理需要精确仿真mV级电压差异，模拟软件需要具备高精度计算的能力，满足控制精度要求。

中国空间技术研究院CN201510544362.1专利《一种利用锂电池管理单元模拟系统测试能源软件的方法》提出锂电池管理单元模拟和通道切换，其中锂电池管理单元模拟限于一种设备的电压设置，能支撑部分功能测试，如均衡测试，不能完整模拟锂电池充放电行为，不能进行闭环连续仿真测试，不能注入误差源测试软件对异常的处理。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星载能源管理软件闭环测试方法，用于进行能源管理闭环测试，具备模拟能源遥测参数的能力、自动响应能源自主指令的能力，可设置误差信号，用于测试故障情况下软件处理能力，具有很好的使用价值。

本发明的技术解决方案是：一种星载能源管理软件闭环测试方法，包括如下步骤：

(1)构建星载能源管理软件测试系统，星载能源管理软件测试系统可以进行闭环、开环切换；其中，星载能源管理软件产生充电模式指令、充电电流设置指令控制星载PCU进行自主充电、放电控制；

(2)模拟星载能源管理软件测试系统闭环下带速率调整的充放电信号；

(3)构建星载能源管理软件测试系统闭环下指令响应模型；

(4)建立星载能源管理软件测试系统闭环下指令响应模型的异常模拟；

(5)进行星载能源管理软件测试系统开环、闭环切换，完成星载能源管理软件闭环测试。

所述的模拟星载能源管理软件测试系统闭环下带速率调整的充放电信号的方法为：

(1)在放电模式下，计算蓄电池组容量累计为

其中，C_D0进入放电模式时放电容量累计值，n为调整倍率(1-50)，I_D为蓄电池组的放电电流，t₀为放电开始时间，Δ_t为蓄电池组的放电周期；

计算得到

C＝C_BATT-C_D

其中：C_BATT为蓄电池组额定容量，当C减小至0时，蓄电池组放电停止；

(2)在放电模式下实时获取蓄电池组电压，并作为蓄电池组遥测参数反馈至星上；

在充电模式下，计算蓄电池组容量累计为

其中，C_D0为前一次退出放电模式时放电容量累计值，n为调整倍率，I_C为蓄电池组的实际充电电流值，t₀为充电开始时间；Δ_t为蓄电池组的充电周期；

计算得到

C＝C_BATT-C_D

(4)在充电模式下实时获取蓄电池组电压，并作为蓄电池组遥测参数反馈至星上；

(5)当星载能源管理软件闭环测试系统收到星载能源管理软件发送的调整蓄电池组充电电流设置指令时，蓄电池组电压调整量为

其中：q_v为调整系数，I_a为调整后的充电电流值，I_b为调整前的充电电流值，C_BATT为电池组额定容量，根据蓄电池组电压调整量Δ_V调整蓄电池组中各个电池单体的电压。

所述的指令响应模型对所有星载能源管理软件发送给地面的能源指令，具备遥测响应的能力。

所述的建立星载能源管理软件测试系统闭环下指令响应模型的异常模拟的方法为：

(1)由根据设置指令对需模拟的遥测指令响应异常状态与遥测指令响应正常状态的偏差量进行配置；

(2)根据步骤(1)配置得到的偏差量对遥测指令响应进行修改，并将添加偏差量后的遥测送至卫星。

所述的进行星载能源管理软件测试系统开环模式下只进行指令响应或者不响应测试，不进行能源遥测信号模拟、故障注入测试。

所述的运行环境为Window XP操作系统，编程语言为C++，测试协议包括充放电设置，开闭环设置，指令响应/不响应设置，指令响应异常状态与指令响应正常状态的偏差量的遥测设置，调整倍率n，调整系数q_v。

所述的调整倍率n的取值范围为1-50。

所述的调整系数q_v为0.003。

一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-权利要求8任一所述方法的步骤。

一种星载能源管理软件闭环测试试终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现如权利要求1-权利要求8任一所述方法的步骤。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提出软件逻辑所需蓄电池电压受充/放电流指令变化模型、正常工况下指令响应遥测、异常工况下误差注入准则，与现有技术相比，能够同时兼顾仿真速度，提供全面灵活的模拟环境；

(2)本发明解决开环测试中不能及时响应指令且需要提前设置状态的问题，与现有技术相比自主响应下的仿真更加精准，能够有效减少状态设置次数和时间以解决无法连续测试的问题。

(3)本发明针对软件测试开发，侧重信息流仿真模拟，可节省真实设备测试成本；本发明具备可扩展性，随着星载供配电设备的更新换代，软件外围总线以外信息流可能由于接口变化而变化，不受外部设备种类或接口变化影响，侧重软件直接关联的总线端信息流的仿真模拟，满足软件逻辑验证的需求。

附图说明

图1为本发明系统架构示意图；

图2为本发明采用的典型的蓄电池组恒流-恒压充电控制模型；

图3为本发明操作流程。

具体实施方式

本发明克服现有技术的不足，提供了一种星载能源管理软件闭环测试方法，用于进行能源管理闭环测试，具备模拟能源遥测参数的能力、自动响应能源自主指令的能力，可设置误差信号，用于测试故障情况下软件处理能力，具有很好的使用价值，包括如下步骤：

(1)构建星载能源管理软件测试系统；星载能源管理软件测试系统可以进行闭环、开环切换；其中，星载能源管理软件产生充电模式指令、充电电流设置指令控制星载PCU进行自主充放电控制；

(2)模拟星载能源管理软件测试系统闭环下带速率调整的充放电信号；

(3)构建星载能源管理软件测试系统闭环下指令响应模型；

(4)建立星载能源管理软件测试系统闭环下指令响应模型的异常模拟；

(5)进行星载能源管理软件测试系统开环、闭环切换，完成星载能源管理软件闭环测试。

模拟星载能源管理软件测试系统闭环下带速率调整的充放电信号的方法为：

(1)在放电模式下，计算蓄电池组容量累计为

其中，C_D0进入放电模式时放电容量累计值，n为调整倍率(1-50)，I_D为蓄电池组的放电电流，t₀为放电开始时间，Δ_t为蓄电池组的放电周期；

计算得到

C＝C_BATT-C_D

其中：C_BATT为蓄电池组额定容量，当C减小至0时，蓄电池组放电停止；

(2)在放电模式下实时获取蓄电池组电压，并作为蓄电池组遥测参数反馈至星上；

在充电模式下，计算蓄电池组容量累计为

其中，C_D0为前一次退出放电模式时放电容量累计值，n为调整倍率(1-50)，I_C为蓄电池组的实际充电电流值，t₀为充电开始时间；Δ_t为蓄电池组的充电周期；

计算得到

C＝C_BATT-C_D

(4)在充电模式下实时获取蓄电池组电压，并作为蓄电池组遥测参数反馈至星上；

(5)当星载能源管理软件闭环测试系统收到星载能源管理软件发送的调整蓄电池组充电电流设置指令时，蓄电池组电压调整量为

其中：q_v为调整系数，默认值设为0.003,I_a为调整后的充电电流值,I_b为调整前的充电电流值,C_BATT为电池组额定容量；根据蓄电池组电压调整量Δ_V调整蓄电池组中各个电池的电压。

指令响应模型对所有星载能源管理软件发送给地面的能源指令，具备遥测响应的能力。进行星载能源管理软件测试系统开环模式下只进行指令响应或者不响应测试，不进行能源遥测信号模拟、故障注入测试。

建立星载能源管理软件测试系统闭环下指令响应模型的异常模拟的方法为：

(1)由根据设置指令对需模拟的遥测指令响应异常状态与遥测指令响应正常状态的偏差量进行配置；

(2)根据步骤(1)配置得到的偏差量对遥测指令响应进行修改，并将添加偏差量后的遥测送至卫星。

运行环境为Window XP操作系统，编程语言为C++，测试协议包括充放电设置，开闭环设置，指令响应不响应设置，遥测指令响应异常状态与遥测指令响应正常状态的偏差量设置，调整倍率n，调整系数q_v

下面结合附图对本发明做进一步说明。本发明主要包括：系统总体架构设计、闭环下带速率调整的充放电信号模拟方法、闭环下指令响应模型、闭环下异常模拟、开环的切换等步骤。

1、系统总体架构

本发明系统总体架构如图1所示。本系统主要由以下模块组成：

a、能源行为模拟器

b、与星载被测软件接口

1553B总线

c、上位机(监控计算机)

通过网线将设置值发送给模拟器；

接收模拟器发送的遥测数据，进行显示；

上位机与模拟器之间的数据协议。

2、闭环下带速率调整的充放电信号模拟方法

(1)放电模式下调整方法：

a)在放电模式下，电池组容量累计公式如下：

C_D0：进入放电模式时放电容量累计值，包括南北蓄电池组的C_D0-S和C_D0-N两个值(正常情况下，放电模式是从暂停模式开始的，C_D0＝0)；

n：调整倍率；

I_D：南北蓄电池组的放电电流，分南蓄电池组放电电流I_D-S和北蓄电池组放电电流I_D-N

t₀：放电开始时间；

Δ_t：每个电池组的放电周期。

b)同时，根据放电容量计算当时南北蓄电池组容量。计算公式如下：

C＝C_BATT-C_D (2)

其中：C_BATT为定义的北/南蓄电池组额定容量C_BATT-N、C_BATT-S。

当C减小至0时，累计自动停止。

c)通过荷电-电压数据进行查询获得相应状态下电池组电压，并对北/南电池组电压(VN5/VN8)参数自主实时调整。

d)将遥测参数自主反馈至星上。

(2)充电模式下调整方法：

a)在充电模式下，电池组容量累计公式如下：

C_D0：为前一次退出放电模式时放电容量累计值，包括南北蓄电池组的C_D0-S和C_D0-N两个值；

n：调整倍率；

I_C：蓄电池组的实际充电电流值，分南蓄电池组放电电流I_C-S和北蓄电池组充电电流I_C-N。

t₀：充电开始时间；

Δ_t：每个电池组的充电周期。

b)同时，根据放电容量计算当时南北蓄电池组容量。计算公式如下：

C＝C_BATT-C_D (4)

其中：C_BATT为定义的北/南蓄电池组额定容量C_BATT-N、C_BATT-S。

c)通过荷电-电压数据进行查询获得相应状态下电池组电压，并对北/南电池组电压(VN5/VN8)参数自主实时调整。

e)将遥测参数自主反馈至星上。

(3)恒流-恒压充电(Taper充电)下电流减小对电池组电压的模拟仿真如图2所示，当减小充电电流时，由于电池内阻的原因，相应的电池组电压也会下降，PCU模拟器应对此特性进行模拟，才能实时响应电流充电倍率下降的指令，方法如下：

当模拟器收到星上OBC软件发送的调整北/南蓄电池充电电流主/备(IN3/IN4/IN13/IN14)设置指令时，相应减少/增加(与Δ_V符号有关)当前北/南蓄电池组电压和当前蓄电池组容量。整组电压调整量公式如下：

其中：

q_v：调整系数，默认值设为0.003(V/A)

I_a：调整后的充电电流值(A)。

I_b：调整前的充电电流值(A)。

C：电池组额定容量，例如60Ah。

蓄电池容量通过调整后的电压值查表可得。

(4)整组和单体、小组电压模拟

蓄电池整组和单体电压是星载软件判断充电过程状态的重要判据。根据上面对电池充/放电电流对蓄电池容量的影响，蓄电池容量对整组电压的影响，Taper充电电流变化对整组电压的影响，可覆盖整个充放电过程蓄电池电压的模拟仿真。调整系数q_v可手动配置；相应的N节单体电池电压和容量的增减可通过总调整量均分N份获得。调整系数n可改变仿真模拟速度。

3、开/闭环下指令响应

对所有能源指令，具备遥测响应的能力。

4、异常模拟

(1)闭环下异常遥测的模拟方法：

由上位机对需模拟的遥测异常状态与正常状态的偏差量进行配置。

在闭环模式下，模拟器收到上位机发出的“遥测误差设置”时，不对涉及的模型内部运行参数进行修改，只在与星上接口处对反馈至星上的遥测参数进行修改。且在请求生效时刻，模型输入仍按照正常参数进行配置。专检本地控制软件界面应同时显示正常状态模型参数和异常状态模型参数，同时软件继续自动反馈正常和异常状态遥测至上位机。

(2)指令响应异常的模拟方法：

可由上位机选择是否开启指令错误模拟。

如果开启指令错误模拟，则自开启时刻起，专检不再响应星上发送的指令，同时对该指令对应遥测反馈增加误差，但此时专检会继续向上位机反馈实际接收到的指令内容。

5、开环的切换

开环可通过上位机软件命令模拟器执行，开环情况下仅保留指令响应/不响应功能，无能源遥测信号模拟和故障注入功能。在测试过程中，能源遥测可通过上位机以文件的形式外部批量注入。

6、上位机软件与协议

上位机软件配置要求为：

运行环境：Window XP操作系统，2G以上内存。

编程语言：C++。

在协议中包括“充/放电设置”，“开/闭环设置”，“指令响应/不响应设置”，“遥测误差设置”，“仿真速率设置”，“调整速率设置”。具体格式不在本专利中说明。

7、操作过程

如图3所示：

(1)初始化配置：配置模拟蓄电池处于暂停状态，即充放电电流均为0的状态，电池电压为满荷态。

(2)开闭环选择：选择闭环

(3)设置充/放电状态：即设置当前充或放电电流，并体现在遥测数据中，软件模型据此进行蓄电池电压仿真。

星载能源管理软件依据充放电电流和蓄电池电压可连续工

作，同时测试星载能源管理软件对充放电判据以及恒流-恒压充电控制的正确性。

(4)开闭环选择：选择开环

此时模拟器仅能进行指令响应，不能自主模拟蓄电池电压变化，需要在星载恒流-恒压充电指令发出前，外部注入蓄电池电压参数，但外部注入会有延迟，只能在粗测时采用。

本文提到的遥测参数、指令均指能源遥测参数和能源控制指令。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种星载能源管理软件闭环测试方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)构建星载能源管理软件测试系统，星载能源管理软件测试系统可以进行闭环、开环切换；其中，星载能源管理软件产生充电模式指令、充电电流设置指令控制星载PCU进行自主充电、放电控制；

(2)模拟星载能源管理软件测试系统闭环下带速率调整的充放电信号；

(3)构建星载能源管理软件测试系统闭环下指令响应模型；

(4)建立星载能源管理软件测试系统闭环下指令响应模型的异常模拟；

(5)进行星载能源管理软件测试系统开环、闭环切换，完成星载能源管理软件闭环测试。

2.根据权利要求1所述的一种星载能源管理软件闭环测试方法，其特征在于：所述的模拟星载能源管理软件测试系统闭环下带速率调整的充放电信号的方法为：

(1)在放电模式下，计算蓄电池组容量累计为

其中，C_D0进入放电模式时放电容量累计值，n为调整倍率(1-50)，I_D为蓄电池组的放电电流，t₀为放电开始时间，Δ_t为蓄电池组的放电周期；

计算得到

C＝C_BATT-C_D

其中：C_BATT为蓄电池组额定容量，当C减小至0时，蓄电池组放电停止；

(2)在放电模式下实时获取蓄电池组电压，并作为蓄电池组遥测参数反馈至星上；

在充电模式下，计算蓄电池组容量累计为

其中，C_D0为前一次退出放电模式时放电容量累计值，n为调整倍率，I_C为蓄电池组的实际充电电流值，t₀为充电开始时间；Δ_t为蓄电池组的充电周期；

计算得到

C＝C_BATT-C_D

(4)在充电模式下实时获取蓄电池组电压，并作为蓄电池组遥测参数反馈至星上；

(5)当星载能源管理软件闭环测试系统收到星载能源管理软件发送的调整蓄电池组充电电流设置指令时，蓄电池组电压调整量为

其中：q_v为调整系数，I_a为调整后的充电电流值，I_b为调整前的充电电流值，C_BATT为电池组额定容量，根据蓄电池组电压调整量Δ_V调整蓄电池组中各个电池单体的电压。

3.根据权利要求1或2所述的一种星载能源管理软件闭环测试方法，其特征在于：所述的指令响应模型对所有星载能源管理软件发送给地面的能源指令，具备遥测响应的能力。

4.根据权利要求1或2所述的一种星载能源管理软件闭环测试方法，其特征在于：所述的建立星载能源管理软件测试系统闭环下指令响应模型的异常模拟的方法为：

(1)由根据设置指令对需模拟的遥测指令响应异常状态与遥测指令响应正常状态的偏差量进行配置；

(2)根据步骤(1)配置得到的偏差量对遥测指令响应进行修改，并将添加偏差量后的遥测送至卫星。

5.根据权利要求1或2所述的一种星载能源管理软件闭环测试方法，其特征在于：所述的进行星载能源管理软件测试系统开环模式下只进行指令响应或者不响应测试，不进行能源遥测信号模拟、故障注入测试。

6.根据权利要求1或2所述的一种星载能源管理软件闭环测试方法，其特征在于：所述的运行环境为Window XP操作系统，编程语言为C++，测试协议包括充放电设置，开闭环设置，指令响应/不响应设置，指令响应异常状态与指令响应正常状态的偏差量的遥测设置，调整倍率n，调整系数q_v。

7.根据权利要求2所述的一种星载能源管理软件闭环测试方法，其特征在于：所述的调整倍率n的取值范围为1-50。

8.根据权利要求2所述的一种星载能源管理软件闭环测试方法，其特征在于：所述的调整系数q_v为0.003。

9.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-权利要求8任一所述方法的步骤。

10.一种星载能源管理软件闭环测试试终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述的处理器执行所述的计算机程序时实现如权利要求1-权利要求8任一所述方法的步骤。