CN112799311A - 一种大功率pcu半物理仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率PCU半物理仿真系统，属于空间电源技术领域，用于在地面测试阶段对PCU的性能进行测试，其特征在于，至少包括：模拟设备，用于模拟空间负载、太阳能电池阵列和蓄电池的工作状态；主控制机箱，模拟星上计算机对PCU进行信号采集和指令传输；在测试过程中，主控制机箱产生激励信号，对PCU进行性能和功能测试或对故障进行模拟；通过GPIB或以太网接口与模拟设备进行数据交互的上位机；通过上位机对模拟设备状态进行设置。通过采用上述技术方案，本发明能够适应不同型号的卫星电源控制器的测试需求，在地面测试阶段对卫星电源控制器进行全覆盖测试、故障诊断及故障模拟。
Description
技术领域
本发明属于空间电源技术领域，特别是涉及一种大功率PCU半物理仿真系统。
背景技术
众所周知，卫星电源分系统是卫星的一个独立分系统，担负着卫星在整个生命周期的所有能量供应，是卫星的核心组成部分。卫星电源控制器是整个电源分系统的核心，起到控制功率流动，保证整个电源分系统满足其他分系统的电能需求。PCU(PowerConditioning Unit，电源控制器)的性能以及稳定性直接影响卫星电源分系统的可靠性和运行性能。
由于航天行业的特殊性，对PCU的工作可靠性提出了严苛的要求，通过提升PCU的测试覆盖性和利用可靠的测试系统来保证PCU的测试全面性，可保证PCU的高可靠性。目前各航天厂所对卫星电源的测试系统评价手段和方法各异，无统一的性能评价平台，由此带来的测试覆盖性不足和测试可信度不高的问题。
综上所述，由于卫星PCU与太阳能电池阵、蓄电池模拟器、综合电子设备等多个设备连接，PCU电性能测试项目繁多，测试步骤复杂，测试过程中存在测试数据记录不完整、不准确的问题。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足提供了一种大功率PCU半物理仿真系统，以适应不同型号的卫星电源控制器的测试需求，在地面测试阶段对卫星电源控制器进行全覆盖测试、故障诊断及故障模拟；主要目的是降低手动测试项目所占比例，降低人工参与次数，减少设备安装和拆卸的次数，提高测试过程的安全性；同时，实现测试数据的自动记录、判读与对比，表格化输出。实现测试过程的自动报警和应急处理。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
一种大功率PCU半物理仿真系统，用于在地面测试阶段对PCU的性能进行测试，至少包括：
模拟设备，用于模拟空间负载、太阳能电池阵列和蓄电池的工作状态；
主控制机箱，模拟星上计算机对PCU进行信号采集和指令传输；在测试过程中，主控制机箱产生激励信号，对PCU进行性能和功能测试或对故障进行模拟；
通过GPI B或以太网接口与模拟设备进行数据交互的上位机；通过上位机对模拟设备状态进行设置。
优选地：所述模拟设备包括空间负载模拟器、太阳能方阵模拟器和蓄电池模拟器。
优选地：还包括功率连接模块，所述蓄电池模拟器通过功率连接模块与主控制机箱进行数据交互。
优选地：所述主控制机箱通过TMTC单元与PCU进行数据交互。
优选地：还包括用于获取模拟设备、主控制机箱、PCU实时温度信息的温度采集模块；所述温度采集模块与上位机进行数据交互。
优选地：所述主控制机箱为BCDR模块、SUN模块测试接口提供对应的信号采集和故障激励信号，对故障进行模拟和试验。
优选地：所述上位机集成于主控制机箱内。
本发明具有的优点和积极效果是：
通过采用上述技术方案，本申请能够实现如下技术效果：
1)空间负载、太阳能电池阵列和蓄电池的模拟。
2)PCU直接测量及总线遥测量采集及区间判读。即本发明在PCU中，有五个直接测量量，可以在主控制机箱前面板直接测量。母线电压在100.3±0.29V，蓄电池电压电流测量值与主控制机箱设置值有关系。总线遥控遥测量采集和区间判读有总体提供的标准文件。
3)触发保护电路的故障激励信号及触发特征的闭环控制。即PCU中BCDR模块和SUN模块的故障模拟测试。BCDR功率转换电路和SUN功率转换电路中设计了很多保护电路，为了验证保护电路的有效性以及在整机测试过程中对整机的影响需要对故障进行模拟。实现方法是主控制机箱产生激励信号和恢复信号实现故障模拟和故障恢复。通过采集电路内部的关键点的状态变化来捕捉电路内部工作状态。结合遥控遥测量变化对整机测试中的功能和状态变化进行测试。
4)直接遥控遥测功能，TMTC(Telemetry Telecommand，遥控遥测)单元开机和切机的指令发送和状态采集。
5)总线遥控遥测功能，发送1553B总线指令，通过TMTC单元对PCU进行间接遥控遥测。
6)实现电源系统的半物理仿真及平台各处温度的实时监控，局部热仿真。
7)为BCDR(Battery Charge&Discharge Regulator，蓄电池充放电调节)模块、SUN(Sequential Switching Shunt Regulator，顺序开关分流调节)模块测试接口提供对应的信号采集和故障激励信号，对故障进行模拟和试验。
8)增加温度采集功能，可根据实际情况，实时监测PCU内部温度分布和变化情况，用于热仿真分析。
9)增加冗余设计，在主控制机箱自动化测试前，能够对PCU进行控制，完成基本项目测试。即主控制机箱前面板留有直接测试点，可对母线电压、蓄电池组A和蓄电池组B的电压和电流进行测试。通过这几个基本测试项，可以保证测试平台的连接正确性，才可以进行程控
10)提高半物理仿真平台模块化和小型化水平，使测试设备便于扩展应用和移动。
11)提高半物理仿真测试平台通用性，其功率可覆盖2kW到30kW多种空间电源产品、适应多工况工作模拟。
12)测试系统可根据设定程序，对某些特定测试项目实现自动化测试。
附图说明
图1为本发明优选实施例中BCDR功率测试模块示意图；
图2为本发明优选实施例中主控制箱接口示意图；
图3是本发明优选实施例的结构原理图。
具体实施方式
为进一步说明本发明的内容、特点和功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1至图3：
一种大功率PCU半物理仿真系统，用于在地面测试阶段对PCU的性能进行全面快速的测试；主要包括：
模拟设备，用于模拟空间负载、太阳能电池阵列和蓄电池的工作状态；所述模拟设备包括空间负载模拟器、太阳能方阵模拟器和蓄电池模拟器；
主控制机箱，模拟星上计算机对PCU进行信号采集和指令传输；在测试过程中，主控制机箱产生激励信号，对PCU进行性能和功能测试或对故障进行模拟；
通过GPIB或以太网接口与模拟设备进行数据交互的上位机；通过上位机对模拟设备状态进行设置。所述上位机集成于主控制机箱内。
蓄电池模拟器通过功率连接模块与主控制机箱进行数据交互。
所述主控制机箱通过TMTC单元与PCU进行数据交互。
还包括用于获取模拟设备、主控制机箱、PCU实时温度信息的温度采集模块；所述温度采集模块与上位机进行数据交互。
所述主控制机箱为BCDR模块、SUN模块测试接口提供对应的信号采集和故障激励信号，对故障进行模拟和试验。
BCDR模块是PCU中的模块，用于进行蓄电池的充放电的功率变换。
BCDR功率连接模块一端连接蓄电池模拟器，另一端连接PCU中的BCDR模块。
BCDR功率连接模块的目的有两个：1，防止蓄电池模拟器流入反向电流，损坏蓄电池模拟器。2，给蓄电池模拟器并联负载，用于对PCU中的BCDR模块蓄电池充电功能进行测试。
BCDR功率连接模块；
表1 BCDR功率连接模块接口功能表
主控制机箱接口
表2半物理仿真平台主控制机箱接口功能表
在上述优选实施例中，采用Agilent太能模拟器模拟太阳能电池方阵，每个太阳能方阵可分别设置其功率曲线；采用Elgar蓄电池模拟器模拟蓄电池，动态模拟蓄电池充放电状态；采用电子负载NHR4700-24满足测试系统负载电流设置和负载切换等测试功能。上述模拟设备均可通过GPIB或以太网接口与上位机相连，可通过上位机对设备状态进行设置。主控制机箱是该测试系统必不可少的一部分，其主要功能为模拟星上计算机对PCU进行信号采集和指令传输。在测试过程中，主控制机箱内部产生激励信号，对PCU进行性能和功能测试或对故障进行模拟。STE为脐带电源，方阵N和方阵S分别为南北供电阵，BATS(batterysouth，南蓄电池组)和BATN(battery north，北蓄电池组)分别为南北蓄电池组，LOAD(Load，负载)为空间负载模拟器。
为了提高测试平台的模块化和小型化水平，使测试设备便于扩展应用和移动，本专利将半物理仿真平台模块化为三个部分。具体组成为一个集成上位机的主控制机箱，以及从主控制机箱分离为两个功率连接模块，这一举措分离出了主控制机箱的热源，同时减小了整套设备的体积，总体上提高了测试系统的可移动性。
两个功率连接模块完成PCU与主控制机箱和模拟器的功率转换部分的连接，通过外部接口实现与主控制机箱和PCU的系统控制部分的连接。以上述硬件设备为基础，通过LABVIEW图形化设计软件，完成对各个设备的管理和调度，实现对PCU的多项内容自动化测试。在自动化测试前，需要对PCU进行必要的手动测试，保证卫星电源控制器测试平台电装无差错。本专利将必要的触发信号和测试信号引出到主控制机箱前面板，便于对PCU的手动控制和测试。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种大功率PCU半物理仿真系统，用于在地面测试阶段对PCU的性能进行测试，其特征在于，至少包括：
模拟设备，用于模拟空间负载、太阳能电池阵列和蓄电池的工作状态；
主控制机箱，模拟星上计算机对PCU进行信号采集和指令传输；在测试过程中，主控制机箱产生激励信号，对PCU进行性能和功能测试或对故障进行模拟；
通过GPIB或以太网接口与模拟设备进行数据交互的上位机；通过上位机对模拟设备状态进行设置。
2.根据权利要求1所述的大功率PCU半物理仿真系统，其特征在于：所述模拟设备包括空间负载模拟器、太阳能方阵模拟器和蓄电池模拟器。
3.根据权利要求2所述的大功率PCU半物理仿真系统，其特征在于：还包括功率连接模块，所述蓄电池模拟器通过功率连接模块与主控制机箱进行数据交互。
4.根据权利要求1所述的大功率PCU半物理仿真系统，其特征在于：所述主控制机箱通过TMTC单元与PCU进行数据交互。
5.根据权利要求1所述的大功率PCU半物理仿真系统，其特征在于：还包括用于获取模拟设备、主控制机箱、PCU实时温度信息的温度采集模块；所述温度采集模块与上位机进行数据交互。
6.根据权利要求1所述的大功率PCU半物理仿真系统，其特征在于：所述主控制机箱为BCDR模块、SUN模块测试接口提供对应的信号采集和故障激励信号，对故障进行模拟和试验。
7.根据权利要求1所述的大功率PCU半物理仿真系统，其特征在于：所述上位机集成于主控制机箱内。
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| CN114039686A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-02-11 | 成都国星宇航科技有限公司 | 自动化半物理卫星能源测试系统及方法 |
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