CN115296346A - 一种动态响应优化的电源控制装置 - Google Patents

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CN115296346A CN202210761774.0A CN202210761774A CN115296346A CN 115296346 A CN115296346 A CN 115296346A CN 202210761774 A CN202210761774 A CN 202210761774A CN 115296346 A CN115296346 A CN 115296346A
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Abstract

一种动态响应优化的电源控制装置，在传统电源控制装置采用的基于MEA的三域控制基础上，提出基于MEA和BCM控制环时间常数分离的稳态三域、暂态两域控制策略。通过MEA控制环输出信号VMEA与BDR输出电流线性相关、BCM控制环输出信号IBAT‑BCM‑REF与BCR充电电流线性相关的控制环路解耦，降低了跨域死区，从而优化了跨域动态响应。通过VMEA信号对IBAT‑BCM‑REF信号的长时间常数控制，实现BCR充电电流稳态和暂态控制的时间常数分离，因此BCR充电电流随电能需求变化的同时VMEA信号维持VMEA‑BCM‑REF不变，保证了整个放电域跨导控制的一致性。

Description

一种动态响应优化的电源控制装置
技术领域
本发明涉及一种动态响应优化的电源控制装置，属于卫星供配电技术设计领域。
背景技术
电源控制装置用于完成从地面测试、发射、转移轨道到定点后对整星功率的调节，光照期太阳电池阵所产生的能量将通过顺序开关分流调节模块(Sequential SwitchingShunt Regulator,S3R)调节后传到母线，蓄电池组充电调节模块(Battery ChargeRegulator,BCR)则将母线上的部分能量储存在蓄电池组中，地影期间或太阳电池阵输出功率不足时通过蓄电池组放电调节模块(Battery Discharge Regulator,BDR)释放到母线上，为整星提供稳定的母线。
传统以太阳电池阵-蓄电池作为能源卫星的电源控制装置通常采用三域控制的方法，如哈尔滨工业大学鲍志云《低输出阻抗高效高动态响应卫星电源控制器研究》中所述，当主误差放大信号(Main Error Amplifier,MEA)处于BDR域时，蓄电池通过BDR放电为母线提供能量，此时BDR工作稳定母线；当MEA处于BCR域时，太阳电池阵不足以提供负载功率需求以及给定蓄电池的充电功率之和，此时BCR工作稳定母线；当MEA处于S3R域时，太阳电池阵完全满足负载功率需求以及给定蓄电池的充电功率之和，此时S3R工作稳定母线。这种三域控制方法由于域间死区以及BDR域与S3R域间直接跨域工况，导致电源控制装置在跨域时，母线电压跌落或过冲的尖峰较大。
专利《一种电源控制器PCU两域低纹波控制方法》(CN201710961689.8)中，提出了一种电源控制器两域控制方法，将BCR域和BDR域合并，在BDR域的上部，每一个MEA值均线性对应唯一BCR输出电流和BDR输入电流。此两域控制方法的好处在于减少了死区从而提高了动态响应性能，但其问题在于，这种方案会导致BDR域内有充电电流的部分与无充电电流的部分跨导相差一倍，限制了BDR域内动态响应速度，且该跨导会随蓄电池电压变化而变化，增加了系统可靠性分析的复杂度。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统卫星电源控制装置三域控制和其他两域控制方法的动态响应速度不足的问题，提出一种动态响应优化的电源控制装置。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种动态响应优化的电源控制装置，用于对太阳电池阵、蓄电池进行功率控制，包括S3R模块、BCR模块、BDR模块，S3R模块、BCR模块、BDR模块通过功率母线相连，太阳电池阵于光照期间通过S3R模块调节后传输能量至功率母线为卫星供能，BCR模块将功率母线传输的能量储存于蓄电池组中；当太阳电池阵于地影期间或输出功率不足时，BDR模块将蓄电池组存储的能量释放至功率母线为卫星供能。
还包括中心控制模块，中心控制模块对S3R模块、BCR模块、BDR模块进行控制，配合S3R模块、BCR模块进行蓄电池充电或配合BDR模块进行蓄电池放电为卫星供能。
所述中心控制模块包括MEA单元、BCM单元，采用稳态三域及暂态两域控制策略，当电源控制装置于稳态工作状态下，中心控制模块进行稳态三域控制，其中：
MEA单元接收S3R模块生成的母线电压采样信号，生成MEA信号VMEA，将VMEA划分为SUN域、BCR和BDR混合域、BDR域；
SUN域对应的MEA信号为SUN域下限值VMEA-SUN-LOW～SUN域上限值VMEA-SUN-HIGH，BCR和BDR混合域对应的MEA信号为混合域下限值VMEA-BCM-REF～混合域上限值VMEA-BDR-HIGH，BDR域对应的MEA信号为BDR域下限值VMEA-BDR-LOW～BDR域上限值VMEA-BCM-REF，其中：
当MEA信号VMEA处于SUN域时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，S3R模块根据接收的MEA信号输出电流IS3R-BUS传输至功率母线，电流值与VMEA线性相关，在当前域中BDR模块接收的MEA信号超过BDR模块阈值上限VMEA-BDR-HIGH，输出电流IBDR-BUS为0，BCM单元接收预设的充电电流IBAT-REF经运算处理后生成BCR模块预设充电电流参考信号IBAT-BCM-REF，并传输至BCR模块，BCR模块按照预设充电电流IBAT-REF为蓄电池充电；
当MEA信号VMEA处于BCR和BDR混合域时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，在当前域中S3R模块接收的MEA信号超过S3R模块阈值下限VMEA-SUN-LOW，输出母线电压Vbus下S3R模块最大输出电流ISA-MAX，BDR模块根据接收的MEA信号输出电流IBDR-BUS传输至功率母线，电流值与VMEA线性相关，BCM单元根据接收的MEA信号VMEA生成BCR模块的充电电流参考信号IBAT-BCM-REF，并传输至BCR模块，BCR模块按照IBAT-BCM-REF为蓄电池充电，其中：
BCM单元根据VMEA生成的BCR模块的充电电流参考信号IBAT-BCM-REF与接收的MEA信号无线性关系；
当MEA信号VMEA处于BDR域时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，在当前域中S3R模块接收的MEA信号超过S3R模块阈值下限VMEA-SUN-LOW，输出母线电压Vbus下S3R模块最大输出电流ISA-MAX，BDR模块根据接收的MEA信号输出电流IBDR-BUS传输至功率母线，电流值与VMEA线性相关，BCM单元根据接收的MEA信号VMEA生成的电流信号的充电电流值为0。
当电源控制装置于暂态工作状态下，中心控制模块体现暂态两域控制，其中：
MEA单元接收S3R模块生成的母线电压采样信号，生成MEA信号VMEA，将VMEA划分为SUN域、BDR域；
分别为VMEA-SUN-LOW～VMEA-SUN-HIGH、VMEA-BDR-LOW～VMEA-BDR-HIGH，其中：
当MEA信号VMEA处于SUN域暂态变化时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，S3R模块输出随MEA信号线性变化的电流IS3R-BUS传输至功率母线，在当前域中BDR模块接收的MEA信号超过BDR模块阈值上限VMEA-BDR-HIGH，输出电流IBDR-BUS为0，BCM单元接收预设的充电电流IBAT-REF经运算后生成BCR模块预设充电电流参考信号IBAT-BCM-REF，并传输至BCR模块，BCR模块按照预设充电电流IBAT-REF为蓄电池充电；
当MEA信号VMEA处于BDR域内暂态变化时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，在当前域中S3R模块接收的MEA信号超过S3R模块阈值下限VMEA-SUN-LOW，输出母线电压Vbus下S3R模块最大输出电流ISA-MAX，BDR模块输出随MEA信号线性变化的电流IBDR-BUS传输至功率母线，BCM单元闭环控制生成的电流信号IBAT-BCM-REF随MEA信号VMEA变化；
当MEA信号VMEA处于SUN域和BDR域之间暂态变化时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，S3R模块、BDR模块分别输出随MEA信号线性变化的电流IS3R-BUS、IBDR-BUS传输至功率母线，BCM单元闭环控制生成的电流信号IBAT-BCM-REF随MEA信号VMEA变化。
所述MEA单元中，当接收S3R模块的生成的母线电压采样信号后，采集获取母线电压采样值Vbus、母线电压参考值Vref，做差并通过PI控制获取MEA信号VMEA。
所述BCM单元中，当接收到MEA信号后，将VMEA与BDR域中VMEA-BCM-REF比较做差，通过PI控制后输出与IBAT-REF比较取小，获取BCR模块的充电电流参考信号IBAT-BCM-REF。
所述PI控制可替换为积分控制、预测控制的闭环控制方式，闭环控制时间常数远大于MEA闭环控制的时间常数。
当电源控制装置于稳态工作状态下，MEA信号VMEA处于SUN域时：
VMEA-SUN-LOW≤VMEA≤VMEA-SUN-HIGH
IS3R-BUS＝GSUN×(VMEA-VMEA-SUN-LOW)
Icout＝IBAT-REF
Idout＝0
式中，GSUN为S3R模块的跨导，由S3R模块的滞环控制参数确定，VBAT为蓄电池输出电压，Icout为BCR模块的输出电流值，Idout为BDR模块的输出电流值。
当电源控制装置于稳态工作状态下，MEA信号VMEA处于BCR和BDR混合域时：
VMEA-BCM-REF≤VMEA＜VMEA-BDR-HIGH
Idout＝GBDR×(VMEA-BDR-HIGH-VMEA)
Icout＝IBAT-REF
IS3R-BUS＝ISAmax
Figure BDA0003721244690000051
式中，IBDRmax为BDR模块的最大输出电流，ISAmax为母线电压Vbus下S3R模块最大输出电流；
当VMEA＝VMEA-BCM-REF时，BDR模块的输出电流为VMEA-BCM-REF，BCR模块的输出电流范围为0到IBAT-REF，根据卫星负载功率需求确定，其中：
VMEA＝VMEA-BCM-REF
Idout＝GBDR×(VMEA-BCM-REF-VMEA)
IS3R-BUS＝ISAmax
IBCR-BUS＝IS3R-BUS-ILOAD+Idout
式中，ILOAD为母线负载电流值。
当电源控制装置于稳态工作状态下，MEA信号VMEA处于BDR域时，BDR模块输出电流值随VMEA值线性变化：
Figure BDA0003721244690000061
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明提供的一种动态响应优化的电源控制装置，通过MEA控制环、BCM控制环时间常数分离的独立控制，实现稳态三域、暂态两域控制策略，相比传统设计方法，通过MEA控制环和BCM控制环解耦控制，降低了跨域死区，从而大大优化了跨域动态响应；通过BCR充电电流稳态和暂态控制的时间常数分离保证了整个放电域跨导控制的一致性。
附图说明
图1为发明提供的MEA控制域划分示意图；
图2为发明提供的硬件示意图；
图3为发明提供的稳态三域、暂态两域控制策略示意图；
图4为发明提供的BCR模块和BDR模块电流位置及方向示意图；
图5为发明提供的稳态三域、暂态两域控制策略跨域动态响应仿真示意图；
图6为发明提供的传统三域控制策略跨域动态响应仿真示意图。
具体实施方式
一种动态响应优化的电源控制装置，能够克服传统卫星电源控制装置三域控制和其他两域控制方法的动态响应速度不足的问题，主要包括S3R模块、BCR模块、BDR模块、中心控制模块，其中：
S3R模块、BCR模块、BDR模块通过功率母线相连，太阳电池阵于光照期间通过S3R模块调节后传输能量至功率母线为卫星供能，BCR模块将功率母线传输的能量储存于蓄电池组中；当太阳电池阵于地影期间或输出功率不足时，BDR模块将蓄电池组存储的能量释放至功率母线为卫星供能；中心控制模块对S3R模块、BCR模块、BDR模块进行控制，配合S3R模块、BCR模块进行蓄电池充电或配合BDR模块进行蓄电池放电为卫星供能。
中心控制模块包括MEA单元、BCM单元，采用稳态三域及暂态两域控制策略，当电源控制装置于稳态工作状态下，中心控制模块体现稳态三域控制，其中：
MEA单元接收S3R模块的母线电压采样信号，生成MEA信号VMEA，将VMEA划分为SUN域、BCR和BDR混合域、BDR域；
分别为VMEA-SUN-LOW～VMEA-SUN-HIGH、VMEA-BCM-REF～VMEA-BDR-HIGH、VMEA-BDR-LOW～VMEA-BCM-REF，其中：
当MEA信号VMEA处于SUN域时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，S3R模块根据接收的MEA信号输出电流IS3R-BUS传输至功率母线，该电流与VMEA线性相关，BDR模块接收的MEA信号超过BDR模块阈值上限VMEA-BDR-HIGH，输出电流IBDR-BUS为0，BCM单元接收预设的充电电流IBAT-REF经运算后生成BCR模块预设充电电流参考信号IBAT-BCM-REF，并传输至BCR模块，BCR模块按照预设充电电流IBAT-REF为蓄电池充电；
当MEA信号VMEA处于BCR和BDR混合域时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，S3R模块接收的MEA信号超过S3R模块阈值下限VMEA-SUN-LOW，输出母线电压Vbus下S3R模块最大输出电流ISA-MAX，BDR模块根据接收的MEA信号输出电流IBDR-BUS传输至功率母线，该电流与VMEA线性相关，，BCM单元根据接收的MEA信号VMEA生成BCR模块的充电电流参考信号IBAT-BCM-REF，并传输至BCR模块，BCR模块按照IBAT-BCM-REF为蓄电池充电，特别的，BCM单元根据VMEA生成的BCR模块的充电电流参考信号IBAT-BCM-REF与接收的MEA信号无线性关系，相反，BCM单元根据VMEA生成的IBAT-BCM-REF为了维持MEA信号于VMEA-BCM-REF不变；
当MEA信号VMEA处于BDR域时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，S3R模块接收的MEA信号超过S3R模块阈值下限VMEA-SUN-LOW，输出母线电压Vbus下S3R模块最大输出电流ISA-MAX，BDR模块根据接收的MEA信号输出电流IBDR-BUS传输至功率母线，该电流与VMEA线性相关，BCM单元根据接收的MEA信号VMEA生成的电流信号的充电电流值为0。
当电源控制装置于暂态工作状态下，中心控制模块体现暂态两域控制，其中：
MEA单元接收S3R模块的母线电压采样信号，生成MEA信号VMEA，将VMEA划分为SUN域、BDR域；
分别为VMEA-SUN-LOW～VMEA-SUN-HIGH、VMEA-BDR-LOW～VMEA-BDR-HIGH，其中：
当MEA信号VMEA处于SUN域暂态变化时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，S3R模块输出随MEA信号线性变化的电流IS3R-BUS传输至功率母线，BDR模块接收的MEA信号超过BDR模块阈值上限VMEA-BDR-HIGH，输出电流IBDR-BUS为0，BCM单元接收预设的充电电流IBAT-REF经运算后生成BCR模块预设充电电流参考信号IBAT-BCM-REF，并传输至BCR模块，BCR模块按照预设充电电流IBAT-REF为蓄电池充电；当MEA信号VMEA处于BDR域内暂态变化时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，S3R模块接收的MEA信号超过S3R模块阈值下限VMEA-SUN-LOW，输出母线电压Vbus下S3R模块最大输出电流ISA-MAX，BDR模块输出随MEA信号线性变化的电流IBDR-BUS传输至功率母线，BCM单元闭环控制生成的电流信号IBAT-BCM-REF随MEA信号VMEA缓慢变化，时间常数远大于MEA单元控制的时间常数。
当MEA信号VMEA处于SUN域和BDR域之间暂态变化时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，S3R模块、BDR模块分别输出随MEA信号线性变化的电流IS3R-BUS、IBDR-BUS传输至功率母线，BCM单元闭环控制生成的电流信号IBAT-BCM-REF随MEA信号VMEA缓慢变化，时间常数远大于MEA单元控制的时间常数。
MEA单元中，当接收S3R模块母线电压采样信号后，采集获取母线电压采样值Vbus、母线电压参考值Vref，做差并通过PI控制获取MEA信号VMEA；
BCM单元中，当接收到MEA信号后，将VMEA与BDR域中VMEA-BCM-REF比较做差，通过PI控制后输出与IBAT-REF比较取小，获取BCR模块的充电电流参考信号IBAT-BCM-REF。
PI控制可替换为积分控制、预测控制类闭环控制方式，闭环控制时间常数远大于MEA闭环控制的时间常数；
当电源控制装置于稳态工作状态下，MEA信号VMEA处于SUN域时：
VMEA-SUN-LOW≤VMEA≤VMEA-SUN-HIGH
IS3R-BUS＝GSUN×(VMEA-VMEA-SUN-LOW)
Icout＝IBAT-REF
Idout＝0
式中，GSUN为S3R模块的跨导，由S3R模块的滞环控制参数确定，VBAT为蓄电池输出电压，Icout为BCR模块的输出电流值，Idout为BDR模块的输出电流值；
当电源控制装置于稳态工作状态下，MEA信号VMEA处于BCR和BDR混合域时：
VMEA-BCM-REF≤VMEA＜VMEA-BDR-HIGH
Idout＝GBDR×(VMEA-BDR-HIGH-VMEA)
Icout＝IBAT-REF
IS3R-BUS＝ISAmax
Figure BDA0003721244690000091
式中，IBDRmax为BDR模块的最大输出电流，ISAmax为母线电压Vbus下S3R模块最大输出电流；
BDR模块的输出电流为VMEA-BCM-REF，BCR模块的输出电流范围为0到IBAT-REF，根据卫星负载功率需求确定，其中：
VMEA-BCM-REF≤VMEA＜VMEA-BDR-HIGH
Idout＝GBDR×(VMEA-BDR-HIGH-VMEA)
Icout＝IBAT-REF
IS3R-BUS＝ISAmax
式中，ILOAD为母线负载电流值；
当电源控制装置于稳态工作状态下，MEA信号VMEA处于BDR域时，BDR模块输出电流值随VMEA值线性变化：
VMEA-BDR-LOW≤VMEA＜VMEA-BCM-REF
Idout＝GBDR×(VMEA-BDR-HIGH-VMEA)
Icout＝0
IS3R-BUS＝ISAmax
下面根据具体实施例进行进一步说明：
在当前实施例中，电源控制装置如图2所示，分别为硬件组成及功率信号流示意图，控制装置包含S3R模块、BCR模块、BDR模块、以及中心控制模块，其中，中心控制模块含有MEA单元和电池管理(Battery Charge Management,BCM)单元，是实现稳态三域、暂态两域的控制策略核心硬件。S3R模块、BCR模块、BDR模块通过功率母线相连，各模块功率信号通过采样后传递给中心控制模块，通过MEA单元和BCM单元的运算后产生控制信号作为S3R模块、BCR模块、BDR模块的输出电流闭环控制的输入信号。电源控制装置含有各类模块的数量可以根据功率需求灵活配置。
电源控制装置的核心技术方案为：母线电压采样信号通过MEA单元的控制得到MEA信号VMEA，VMEA传递给S3R模块和BDR模块，经调理后，通过闭环控制，提供电流IS3R-BUS和IBDR-BUS；VMEA通过BCM单元，得到蓄电池充电电流得到实际BCR模块充电闭环控制充电电流的参考值IBAT-BCM-REF，传递给BCR模块，经调理后，通过闭环控制，提供电流，如图3所示。
其中，MEA单元的实现方式为：母线电压采样值Vbus和母线电压参考值Vref做差，通过PI控制(或其他闭环控制方式)MEA信号VMEA。
BCM单元的实现方式为：VMEA与给定BDR域中恒定值VMEA-BCM-REF比较，通过PI或者积分环节的闭环控制，其输出与给定充电电流IBAT-REF取小，得到实际BCR模块充电闭环控制充电电流的参考值IBAT-BCM-REF，其中，该环节中闭环控制时间常数远小于MEA闭环控制的时间常数。
稳态三域、暂态两域的控制策略，如图1所示，是电源控制装置稳态工作情况下，MEA值被划分为S3R域、BDR域和混合域三个区域；暂态工作情况下，MEA值被划分为S3R域和BDR域两个区域，既保证了稳态工况的功率平衡，又保证了暂态工况的动态性能。
稳态三域工作模式为：SUN域S3R处于分流调节状态，BCR按照设定电流IBAT-REF为蓄电池组充电；混合域BCR和BDR同时工作，BCR为蓄电池充电，BDR向母线负载放电，存在环流；BDR域内充电电流为0，BDR单独工作或S3R和BDR联合工作为负载供电。
具体为：
VMEA-SUN-LOW～VMEA-SUN-HIGH为SUN域，此时，S3R处于分流调节状态，BCR按照设定电流IBAT-REF为蓄电池组充电；VMEA-BCM-REF～VMEA-BDR-HIGH为BCR和BDR混合域，此时，BCR和BDR同时工作，BCR为蓄电池充电，BDR向母线负载放电，存在环流；VMEA-BDR-LOW～VMEA-BCM-REF为BDR域，该区域内充电电流为0，BDR单独工作或S3R和BDR联合工作为负载供电，其中BDR输出电流随MEA值线性变化。
暂态两域工作模式为：SUN域S3R动作以响应系统动态变化；BDR域BDR动作以响应系统动态变化；暂态过程中BCR不参与电源控制装置的暂态响应。
具体为：
VMEA-SUN-LOW～VMEA-SUN-HIGH为SUN域，此时，S3R动作以响应系统动态变化；VMEA-BDR-LOW～VMEA-BDR-HIGH为BDR域，此时，BDR动作以响应系统动态变化；整个动态响应过程中，BCR对MEA的响应时间常数远小于S3R和BDR，因此，暂态过程中BCR不参与稳定母线电压。
其中，VMEA传递给S3R模块后的调理计算为：
IS3R-BUS＝GSUN×(VMEA-VMEA-SUN-LOW)
VMEA传递给BDR模块后的调理计算为：
Idout＝GBDR×(VMEA-BDR-HIGH-VMEA)。
如图4所示的电流名称以及正方向定义，电源控制装置稳态三域工作过程，具备如下特征：
(a)SUN域：S3R处于分流调节状态，BCR按照设定电流IBAT-REF为蓄电池组充电，放电电流为0；
VMEA-SUN-LOW≤VMEA≤VMEA-SUN-HIGH
IS3R-BUS＝GSUN×(VMEA-VMEA-SUN-LOW)
Icout＝IBAT-REF
Idout＝0
其中，
GSUN为S3R模块的跨导，由S3R模块的滞环控制决定，
VBAT为蓄电池输出电压，
Icout为BCR输出电流值，
Idout为BDR模块的输出电流值
(b)混合域：
BCR按照设定电流IBAT-REF为蓄电池组充电，BDR放电电流随MEA值线性变化，此时母线侧环流为BDR输出电流。
VMEA-BCM-REF≤VMEA＜VMEA-BDR-HIGH
Idout＝GBDR×(VMEA-BDR-HIGH-VMEA)
Icout＝IBAT-REF
IS3R-BUS＝ISAmax
Figure BDA0003721244690000121
式中，IBDRmax为BDR模块的最大输出电流，ISAmax为母线电压Vbus时，S3R全供电状态下，太阳电池阵提供的最大电流，BDR输出电流为VMEA-BCM-REF对应的输出电流，BCR输出电流根据太阳电池阵和负载功率需求，从0到设定充电电流IBAT-REF间变化，此时母线侧环流为BCR输入电流：
Figure BDA0003721244690000131
(c)BDR域：该区域内充电电流为0，BDR单独工作或S3R和BDR联合工作为负载供电，其中BDR输出电流随MEA值线性变化。
Figure BDA0003721244690000132
电源控制装置通过MEA控制环、BCM控制环时间常数分离的独立控制，实现稳态三域、暂态两域控制策略，相比传统设计方法，大大优化了跨域动态响应。如图5所示，为稳态三域、暂态两域控制方法的跨域动态响应示意图，如图6所示，为传统三域控制方法的跨域动态响应对比图，其中，负载电流阶跃28.8A，传统三域控制方法母线电压尖峰为3.6Vpp，而本文所述的控制方法母线电压尖峰减小为1.6Vpp。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种动态响应优化的电源控制装置，其特征在于：
用于对太阳电池阵、蓄电池进行功率控制，包括S3R模块、BCR模块、BDR模块，S3R模块、BCR模块、BDR模块通过功率母线相连，太阳电池阵于光照期间通过S3R模块调节后传输能量至功率母线为卫星供能，BCR模块将功率母线传输的能量储存于蓄电池组中；当太阳电池阵于地影期间或输出功率不足时，BDR模块将蓄电池组存储的能量释放至功率母线为卫星供能。
2.根据权利要求1所述的一种动态响应优化的电源控制装置，其特征在于：还包括中心控制模块，中心控制模块对S3R模块、BCR模块、BDR模块进行控制，配合S3R模块、BCR模块进行蓄电池充电或配合BDR模块进行蓄电池放电为卫星供能。
3.根据权利要求2所述的一种动态响应优化的电源控制装置，其特征在于：所述中心控制模块包括MEA单元、BCM单元，采用稳态三域及暂态两域控制策略，当电源控制装置于稳态工作状态下，中心控制模块进行稳态三域控制，其中：
MEA单元接收S3R模块生成的母线电压采样信号，生成MEA信号VMEA，将VMEA划分为SUN域、BCR和BDR混合域、BDR域；
SUN域对应的MEA信号为SUN域下限值VMEA-SUN-LOW～SUN域上限值VMEA-SUN-HIGH，BCR和BDR混合域对应的MEA信号为混合域下限值VMEA-BCM-REF～混合域上限值VMEA-BDR-HIGH，BDR域对应的MEA信号为BDR域下限值VMEA-BDR-LOW～BDR域上限值VMEA-BCM-REF，其中：
当MEA信号VMEA处于SUN域时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，S3R模块根据接收的MEA信号输出电流IS3R-BUS传输至功率母线，电流值与VMEA线性相关，在当前域中BDR模块接收的MEA信号超过BDR模块阈值上限VMEA-BDR-HIGH，输出电流IBDR-BUS为0，BCM单元接收预设的充电电流IBAT-REF经运算处理后生成BCR模块预设充电电流参考信号IBAT-BCM-REF，并传输至BCR模块，BCR模块按照预设充电电流IBAT-REF为蓄电池充电；
当MEA信号VMEA处于BCR和BDR混合域时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，在当前域中S3R模块接收的MEA信号超过S3R模块阈值下限VMEA-SUN-LOW，输出母线电压Vbus下S3R模块最大输出电流ISA-MAX，BDR模块根据接收的MEA信号输出电流IBDR-BUS传输至功率母线，电流值与VMEA线性相关，BCM单元根据接收的MEA信号VMEA生成BCR模块的充电电流参考信号IBAT-BCM-REF，并传输至BCR模块，BCR模块按照IBAT-BCM-REF为蓄电池充电，其中：
BCM单元根据VMEA生成的BCR模块的充电电流参考信号IBAT-BCM-REF与接收的MEA信号无线性关系；
当MEA信号VMEA处于BDR域时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，在当前域中S3R模块接收的MEA信号超过S3R模块阈值下限VMEA-SUN-LOW，输出母线电压Vbus下S3R模块最大输出电流ISA-MAX，BDR模块根据接收的MEA信号输出电流IBDR-BUS传输至功率母线，电流值与VMEA线性相关，BCM单元根据接收的MEA信号VMEA生成的电流信号的充电电流值为0。
4.根据权利要求3所述的一种动态响应优化的电源控制装置，其特征在于：
当电源控制装置于暂态工作状态下，中心控制模块体现暂态两域控制，其中：
MEA单元接收S3R模块生成的母线电压采样信号，生成MEA信号VMEA，将VMEA划分为SUN域、BDR域；
分别为VMEA-SUN-LOW～VMEA-SUN-HIGH、VMEA-BDR-LOW～VMEA-BDR-HIGH，其中：
当MEA信号VMEA处于SUN域暂态变化时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，S3R模块输出随MEA信号线性变化的电流IS3R-BUS传输至功率母线，在当前域中BDR模块接收的MEA信号超过BDR模块阈值上限VMEA-BDR-HIGH，输出电流IBDR-BUS为0，BCM单元接收预设的充电电流IBAT-REF经运算后生成BCR模块预设充电电流参考信号IBAT-BCM-REF，并传输至BCR模块，BCR模块按照预设充电电流IBAT-REF为蓄电池充电；
当MEA信号VMEA处于BDR域内暂态变化时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，在当前域中S3R模块接收的MEA信号超过S3R模块阈值下限VMEA-SUN-LOW，输出母线电压Vbus下S3R模块最大输出电流ISA-MAX，BDR模块输出随MEA信号线性变化的电流IBDR-BUS传输至功率母线，BCM单元闭环控制生成的电流信号IBAT-BCM-REF随MEA信号VMEA变化；
当MEA信号VMEA处于SUN域和BDR域之间暂态变化时，MEA单元将MEA信号发送至S3R模块、BDR模块、BCM单元，S3R模块、BDR模块分别输出随MEA信号线性变化的电流IS3R-BUS、IBDR-BUS传输至功率母线，BCM单元闭环控制生成的电流信号IBAT-BCM-REF随MEA信号VMEA变化。
5.根据权利要求4所述的一种动态响应优化的电源控制装置，其特征在于：
所述MEA单元中，当接收S3R模块的生成的母线电压采样信号后，采集获取母线电压采样值Vbus、母线电压参考值Vref，做差并通过PI控制获取MEA信号VMEA。
6.根据权利要求4所述的一种动态响应优化的电源控制装置，其特征在于：
所述BCM单元中，当接收到MEA信号后，将VMEA与BDR域中VMEA-BCM-REF比较做差，通过PI控制后输出与IBAT-REF比较取小，获取BCR模块的充电电流参考信号IBAT-BCM-REF。
7.根据权利要求6所述的一种动态响应优化的电源控制装置，其特征在于：
所述PI控制可替换为积分控制、预测控制的闭环控制方式，闭环控制时间常数远大于MEA闭环控制的时间常数。
8.根据权利要求7所述的一种动态响应优化的电源控制装置，其特征在于：
当电源控制装置于稳态工作状态下，MEA信号VMEA处于SUN域时：
VMEA-SUN-LOW≤VMEA≤VMEA-SUN-HIGH
IS3R-BUS＝GSUN×(VMEA-VMEA-SUN-LOW)
Icout＝IBAT-REF
Idout＝0
式中，GSUN为S3R模块的跨导，由S3R模块的滞环控制参数确定，VBAT为蓄电池输出电压，Icout为BCR模块的输出电流值，Idout为BDR模块的输出电流值。
9.根据权利要求8所述的一种动态响应优化的电源控制装置，其特征在于：
当电源控制装置于稳态工作状态下，MEA信号VMEA处于BCR和BDR混合域时：
VMEA-BCM-REF≤VMEA＜VMEA-BDR-HIGH
Idout＝GBDR×(VMEA-BDR-HIGH-VMEA)
Icout＝IBAT-REF
IS3R-BUS＝ISAmax
Figure FDA0003721244680000041
式中，IBDRmax为BDR模块的最大输出电流，ISAmax为母线电压Vbus下S3R模块最大输出电流；
当VMEA＝VMEA-BCM-REF时，BDR模块的输出电流为VMEA-BCM-REF，BCR模块的输出电流范围为0到IBAT-REF，根据卫星负载功率需求确定，其中：
VMEA＝VMEA-BCM-REF
Idout＝GBDR×(VMEA-BCM-REF-VMEA)
IS3R-BUS＝ISAmax
IBCR-BUS＝IS3R-BUS-ILOAD+Idout
式中，ILOAD为母线负载电流值。
10.根据权利要求9所述的一种动态响应优化的电源控制装置，其特征在于：
当电源控制装置于稳态工作状态下，MEA信号VMEA处于BDR域时，BDR模块输出电流值随VMEA值线性变化：
Figure FDA0003721244680000051
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