一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法与流程

本发明涉及一种航天器测试健康监测技术领域，特别是一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法。

背景技术：

随着我国航天技术的飞速发展，航天器在测数量逐年攀升，而测试周期却逐渐缩短，在航天器年测试任务量不断增加的情况下，如何安全、快速、有效地完成航天器测试，对航天事业的进一步发展具有重要意义。在航天器测试中，供配电系统健康稳定运行是航天器测试的基础，一旦出现供配电故障，将对单机设备甚至多个分系统设备造成危害，因此，研究航天器测试供配电系统健康监测处理方法尤为重要。

航天器测试系统可实时采集和记录被测航天器供配电系统和其地面测试设备的遥测参数，并基于遥测进行监测。目前航天器测试供配电系统健康状态监测已经实现了一定程度的发展，但还有较大的提升空间，主要体现在以下几点：

第一，缺乏负载加电前供电预警。现阶段航天器测试时依靠测试人员人为估计航天器功耗，从而难免发生负载加电后由于供电能力不足进而导致母线欠压等故障，供配电系统健康状态监测不能判断是否存在负载加电指令执行后供电能力不足的隐患；

第二，供配电风险预警和自动应急处理能力弱。现阶段供配电系统健康状态监测软件主要还是停留在发生当母线欠压、蓄电池过充、蓄电池过放、pcu温度过高等故障时，对遥测超限情况进行判断和报警，而缺乏有效的供配电系统级风险预警和自动应急处理措施；

第三，监测时间覆盖性较低。现阶段供配电系统健康状态监测软件在航天器热试验等大型试验中应用较多，而在除去大型试验时间外的大部分航天器系统级测试中应用较少，主要依赖于测试人员人为监测，其主要原因在于监测软件的用例制作较为繁琐，耗时较长。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，解决了航天器测试中缺乏负载加电前供电预警、自动应急处理功能弱、监测覆盖性较低的问题。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，包括如下步骤：

步骤一、单机设备加电前供电欠压预警处理；

s1、获取卫星的实时母线电压ubus、实时母线电流ibus、当前太阳电池阵模拟器曲线最大输出功率psasmax和当前蓄电池最大输出功率pbatmax；

s2、计算航天器实时功耗preal；

s3、测量航天器中某一单机设备的功耗为px，预计算该单机设备执行加电指令后，航天器的功耗pnext_dic；

s4、计算航天器当前最大输出功率pmax；根据航天器当前最大输出功率pmax计算该单机设备加电指令后的冗余功率pal_dic；

s5、设定该单机设备阈值功率psv_dic；将该单机设备加电指令后的冗余功率pal_dic与该单机设备阈值功率psv_dic比较；当pal_dic≤psv_dic时，该单机设备不执行加电指令，且供电报警；当pal_dic＞psv_dic时，执行加电指令；

步骤二、母线欠压故障报警及自动应急处理

s1、获取实时母线电压、配电器实时电流、当前蓄电池开关闭合状态、sas实时电压和当前sas曲线档位；

s2、将实时母线电压与母线电压正常范围进行比较；当实时母线电压低于母线电压正常范围下限时，则母线欠压故障发生，进入s3；否则，母线欠压故障未发生，返回s1；

s3、发出母线欠压故障报警提示；判断母线欠压故障是否严重；当判断母线欠压故障严重时，需要自动应急处理，则执行步骤s4；当判断母线欠压故障部严重时，执行步骤s8；

s4、判断是否存在负载短路故障；当存在负载短路故障时，对供电通路进行切断处理，并进入s8；当不存在负载短路故障时，执行s5；

s5、当当前蓄电池开关为闭合状态时，进入s6；当当前蓄电池开关为未闭合状态时，进行蓄电池开关闭合处理，并判断实时母线电压是否位于母线电压正常范围内；若实时母线电压位于母线电压正常范围内，进入步骤s8；若实时母线电压未位于母线电压正常范围内，执行步骤s6；

s6、根据sas实时电压判断是否存在sas输出故障；当不存在sas输出故障时，进入s7；当存在sas输出故障时，进行sas全部输出处理，并判断实时母线电压是否位于母线电压正常范围内；若实时母线电压位于母线电压正常范围内，进入步骤s8；若实时母线电压未位于母线电压正常范围内，执行步骤s7；

s7、判断当前sas曲线档位是否为最高档；当当前sas曲线档位为最高档时，进入s8；当当前sas曲线档位不是最高档时，将当前sas曲线档位切换为最高档，进入s8；

s8、完成本次故障报警和处理，生成报告；

步骤三、蓄电池过充预警，故障报警及自动应急处理

s1、获取充电时蓄电池实时电压ubc、当前蓄电池充电限压档位和蓄电池电压正常范围；

s2、当充电时蓄电池实时电压ubc高于蓄电池电压正常范围上限时，判断蓄电池过充故障发生，执行步骤sbc3；当充电时蓄电池实时电压ubc小于等于蓄电池电压正常范围上限时，不发生蓄电池过充故障，返回s1；

s3、给出蓄电池过充故障报警提示；判断蓄电池过充故障的严重性，当蓄电池过充故障严重时，进入s4；当蓄电池过充故障不严重时，进入s5；

s4、判断当前蓄电池充电限压档位是否存在档位设置错误故障；当不存在档位设置错误故障时，进入s5；当存在档位设置错误故障时，将当前蓄电池充电限压档位切换为最低档，进入s5；

s5、完成本次故障报警和处理，生成报告；

步骤四、蓄电池过放预警，故障报警及自动应急处理

s1、获取放电时蓄电池实时电压ubd、sas实时电压、当前sas曲线档位和蓄电池电压正常范围；

s2、当放电时蓄电池实时电压ubd低于蓄电池电压正常范围下限时，则蓄电池过放故障发生，进入s3；否则蓄电池过放故障不发生，返回s1；

s3、发出蓄电池过放故障报警提示；判断蓄电池过放故障严重性；当蓄电池过放故障严重时，启动自动应急处理，则继续执行步骤s4；当蓄电池过放故障部严重时，进入s6；

s4、判断是否存在sas输出故障；当不存在sas输出故障时，进入s5；当存在sas输出故障时，进行sas全部输出处理，进入s6；

s5、判断当前sas曲线档位是否设置为最高，当当前sas曲线档位已设置为最高，进入s6；当当前sas曲线档位未设置为最高，将sas曲线切换为最高档位曲线，进入s6；

s6、完成本次故障报警和处理，生成报告；

步骤五、pcu温度故障报警及自动应急处理

s1、获取pcu实时温度tpt、实时母线电压ubus、实时母线电流ibus、当前sas曲线档位、更低一档位sas曲线最大输出功率plowsasmax、当前蓄电池最大输出功率pbatmax和pcu温度正常范围；

s2、判断pcu温度过高故障是否发生；若故障发生，进入s3；当故障未发生返回s1；

s3、发出出pcu温度故障报警提示；判断pcu温度过高故障严重性；当pcu温度过高故障严重，启动自动应急处理，进入s4；当pcu温度过高故障不严重，进入s7；

s4、计算航天器实时功耗preal；

s5、预计算若将当前sas曲线档位切换为对应低一档位的sas曲线，航天器的最大输出功率pnext_is；并预计算当前sas曲线档位切换后的冗余功率pal_is；

s6、根据冗余功率pal_is判断是否降低sas曲线档位；

s7、完成本次故障报警和处理，生成报告。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤一s2中，航天器实时功耗preal的计算方法为：

preal＝ubus·ibus。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤一s3中，某一单机设备执行加电指令后，航天器的功耗pnext_dic的预计算方法为：

pnext_dic＝preal+px。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤一s4中，航天器当前最大输出功率pmax的计算方法为：

pmax＝psasmax+pbatmax

单机设备加电指令后的冗余功率pal_dic的计算方法为：

pal_dic＝pmax-pnext_dic。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤一s5中，该单机设备阈值功率psv_dic＝kdic·pnext_dic；式中，kdic为阈值系数，kdic取值范围为0.1-0.2。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤二s3中，判断母线欠压故障是否严重的方法为：当实时母线电压低于母线电压正常范围下限80％时，判断母线欠压故障严重；否则母线欠压故障不严重。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤二s4中，判断是否存在负载短路故障的方法为：当配电器实时电流高于其正常范围的110％时，判为存在负载短路故障。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤二s6中，sas实时电压判断是否存在sas输出故障的判断方法为：当sas实时电压值全部位于当前sas曲线档位最大功率点电压值的90％-100％时，判为不存在sas输出故障；否则判为sas输出故障。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤三s3中，蓄电池过充故障的严重性的判断方法为：当充电时蓄电池实时电压ubc高于蓄电池电压正常范围上限105％时，则蓄电池过充故障严重；当充电时蓄电池实时电压ubc低于等于蓄电池电压正常范围上限105％时，则蓄电池过充故障不严重。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤三s4中，当前蓄电池充电限压档位是否存在档位设置错误故障的判断方法为：当当前蓄电池充电限压档位对应的限压值大于蓄电池电压正常范围上限时，则存在蓄电池充电限压档位设置故障；否则不存在蓄电池充电限压档位设置故障。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤四s3中，蓄电池过放故障严重性的判断方法为：当蓄电池电压低于蓄电池电压正常范围下限的95％时，则蓄电池过放故障严重；否则蓄电池过放故障不严重。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤四s4中，是否存在sas输出故障的判断方法为：当sas实时电压值全部位于当前sas曲线档位最大功率点电压值的90％-100％时，判为不存在sas输出故障；否则判为sas输出故障。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤五s2中，判断pcu温度过高故障是否发生的具体方法为：当pcu实时温度tpt高于pcu温度正常范围上限时，则pcu温度过高故障发生；否则pcu温度过高故障不发生。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤五s3中，判断pcu温度过高故障严重性的具体方法为：当pcu实时温度tpt高于pcu温度正常范围上限110％时，则pcu温度过高故障严重；否则pcu温度过高故障不严重。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤五s4中，航天器实时功耗preal的计算方法为：

preal＝ubus·ibus。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤五s5中，航天器的最大输出功率pnext_is的计算方法为：

pnext_is＝plowsasmax+pbatmax；

冗余功率pal_is的计算方法为：

pal_is＝pnext_is-preal。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤五s6中，判断是否降低sas曲线档位的具体方法为：设定冗余功率阈值psv_is；比较冗余功率pal_is和冗余功率阈值psv_is；当pal_is≤psv_is时，维持当前sas曲线档位不变；当pal_is＞psv_is时，将当前sas曲线切换为低一档位sas曲线。

在上述的一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，所述的步骤五s6中，冗余功率阈值psv_is的计算方法为：

psv_is＝kis·pnext_is

式中，kis为冗余功率阈值系数，kis为0.1-0.2。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明实时计算航天器测试中整星功耗情况，在负载加电前对可能出现的供电隐患进行预警提示；

(2)本发明对航天器测试中发生的母线欠压、蓄电池过充、蓄电池过放、pcu温度过高等供配电故障进行及时报警提醒，并对严重供配电故障进行自动应急处理，减小长时间严重供配电故障对航天器造成的危害；同时，对供配电风险进行预警，帮助提前识别测试风险；

(3)本发明形成航天器测试供配电系统健康状态自动化监测软件用例，可移植修改供其他航天器使用，减少用例制作时间，支持对航天器测试整个流程的供配电系统健康状态进行连续评估，有效提升测试工作效率。

附图说明

图1为本发明健康监测处理流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明提供一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，能在负载加电前对供电隐患进行预警，对航天器测试过程中的供配电风险进行预警，并对供配电故障进行及时报警提醒和自动应急处理，保障航天器测试供电安全；同时，实现对航天器初样、正样和发射场测试中供配电系统健康状态的连续评估，扩大监测时间覆盖性，减少人力成本和疏忽漏判，提升测试工作效率。

航天器自身遥测主要包括实时母线电压、实时母线电流、配电器实时电流、单机设备实时电流、当前蓄电池开关闭合状态、蓄电池实时放电电流、蓄电池实时电压、当前蓄电池充电限压档位、pcu实时温度、当前蓄电池最大输出功率等，地面测试设备遥测主要包括实时sas电压、当前sas曲线档位、当前sas曲线最大输出功率等。

如图1所示为健康监测处理流程示意图，由图可知，一种航天器测试供配电系统健康监测处理方法，包括如下步骤：

步骤一、单机设备加电前供电欠压预警处理；

s1、获取卫星的实时母线电压ubus、实时母线电流ibus、当前太阳电池阵模拟器曲线最大输出功率psasmax和当前蓄电池最大输出功率pbatmax；

s2、计算航天器实时功耗preal；航天器实时功耗preal的计算方法为：

preal＝ubus·ibus。

s3、测量航天器中某一单机设备的功耗为px，预计算该单机设备执行加电指令后，航天器的功耗pnext_dic；某一单机设备执行加电指令后，航天器的功耗pnext_dic的预计算方法为：

pnext_dic＝preal+px。

s4、计算航天器当前最大输出功率pmax；根据航天器当前最大输出功率pmax计算该单机设备加电指令后的冗余功率pal_dic；航天器当前最大输出功率pmax的计算方法为：

pmax＝psasmax+pbatmax

单机设备加电指令后的冗余功率pal_dic的计算方法为：

pal_dic＝pmax-pnext_dic。

s5、设定该单机设备阈值功率psv_dic；将该单机设备加电指令后的冗余功率pal_dic与该单机设备阈值功率psv_dic比较；当pal_dic≤psv_dic时，该单机设备不执行加电指令，且供电报警；当pal_dic＞psv_dic时，执行加电指令；该单机设备阈值功率psv_dic＝kdic·pnext_dic；式中，kdic为阈值系数，kdic取值范围为0.1-0.2。

步骤二、母线欠压故障报警及自动应急处理

s1、获取实时母线电压、配电器实时电流、当前蓄电池开关闭合状态、sas实时电压和当前sas曲线档位；高档位的sas曲线具有更大的输出功率。

s2、将实时母线电压与母线电压正常范围进行比较；当实时母线电压低于母线电压正常范围下限时，则母线欠压故障发生，进入s3；否则，母线欠压故障未发生，返回s1；

s3、发出母线欠压故障报警提示；判断母线欠压故障是否严重；当判断母线欠压故障严重时，需要自动应急处理，则执行步骤s4；当判断母线欠压故障部严重时，执行步骤s8；判断母线欠压故障是否严重的方法为：当实时母线电压低于母线电压正常范围下限80％时，判断母线欠压故障严重；否则母线欠压故障不严重。

s4、判断是否存在负载短路故障；当存在负载短路故障时，对供电通路进行切断处理，并进入s8；当不存在负载短路故障时，执行s5；判断是否存在负载短路故障的方法为：当配电器实时电流高于其正常范围的110％时，判为存在负载短路故障。

s5、当当前蓄电池开关为闭合状态时，进入s6；当当前蓄电池开关为未闭合状态时，进行蓄电池开关闭合处理，并判断实时母线电压是否位于母线电压正常范围内；若实时母线电压位于母线电压正常范围内，进入步骤s8；若实时母线电压未位于母线电压正常范围内，执行步骤s6；

s6、根据sas实时电压判断是否存在sas输出故障；sas实时电压判断是否存在sas输出故障的判断方法为：当sas实时电压值全部位于当前sas曲线档位最大功率点电压值的90％-100％时，判为不存在sas输出故障；否则判为sas输出故障。当不存在sas输出故障时，进入s7；当存在sas输出故障时，进行sas全部输出处理，并判断实时母线电压是否位于母线电压正常范围内；若实时母线电压位于母线电压正常范围内，进入步骤s8；若实时母线电压未位于母线电压正常范围内，执行步骤s7；

s7、判断当前sas曲线档位是否为最高档；当当前sas曲线档位为最高档时，进入s8；当当前sas曲线档位不是最高档时，将当前sas曲线档位切换为最高档，进入s8；

s8、完成本次故障报警和处理，生成报告；

步骤三、蓄电池过充预警，故障报警及自动应急处理

s1、获取充电时蓄电池实时电压ubc、当前蓄电池充电限压档位和蓄电池电压正常范围；

s2、当充电时蓄电池实时电压ubc高于蓄电池电压正常范围上限时，判断蓄电池过充故障发生，执行步骤sbc3；当充电时蓄电池实时电压ubc小于等于蓄电池电压正常范围上限时，不发生蓄电池过充故障，返回s1；

s3、给出蓄电池过充故障报警提示；判断蓄电池过充故障的严重性，当蓄电池过充故障严重时，进入s4；当蓄电池过充故障不严重时，进入s5；蓄电池过充故障的严重性的判断方法为：当充电时蓄电池实时电压ubc高于蓄电池电压正常范围上限105％时，则蓄电池过充故障严重；当充电时蓄电池实时电压ubc低于等于蓄电池电压正常范围上限105％时，则蓄电池过充故障不严重。

s4、判断当前蓄电池充电限压档位是否存在档位设置错误故障；当不存在档位设置错误故障时，进入s5；当存在档位设置错误故障时，将当前蓄电池充电限压档位切换为最低档，进入s5；当前蓄电池充电限压档位是否存在档位设置错误故障的判断方法为：当当前蓄电池充电限压档位对应的限压值大于蓄电池电压正常范围上限时，则存在蓄电池充电限压档位设置故障；否则不存在蓄电池充电限压档位设置故障。

s5、完成本次故障报警和处理，生成报告；

步骤四、蓄电池过放预警，故障报警及自动应急处理

s1、获取放电时蓄电池实时电压ubd、sas实时电压、当前sas曲线档位和蓄电池电压正常范围；

s2、当放电时蓄电池实时电压ubd低于蓄电池电压正常范围下限时，则蓄电池过放故障发生，进入s3；否则蓄电池过放故障不发生，返回s1；

s3、发出蓄电池过放故障报警提示；判断蓄电池过放故障严重性；当蓄电池过放故障严重时，启动自动应急处理，则继续执行步骤s4；当蓄电池过放故障部严重时，进入s6；蓄电池过放故障严重性的判断方法为：当蓄电池电压低于蓄电池电压正常范围下限的95％时，则蓄电池过放故障严重；否则蓄电池过放故障不严重。

s4、判断是否存在sas输出故障；当不存在sas输出故障时，进入s5；当存在sas输出故障时，进行sas全部输出处理，进入s6；是否存在sas输出故障的判断方法为：当sas实时电压值全部位于当前sas曲线档位最大功率点电压值的90％-100％时，判为不存在sas输出故障；否则判为sas输出故障。

s5、判断当前sas曲线档位是否设置为最高，当当前sas曲线档位已设置为最高，进入s6；当当前sas曲线档位未设置为最高，将sas曲线切换为最高档位曲线，进入s6；

s6、完成本次故障报警和处理，生成报告；

步骤五、pcu温度故障报警及自动应急处理

s1、获取pcu实时温度tpt、实时母线电压ubus、实时母线电流ibus、当前sas曲线档位、更低一档位sas曲线最大输出功率plowsasmax、当前蓄电池最大输出功率pbatmax和pcu温度正常范围；

s2、判断pcu温度过高故障是否发生；若故障发生，进入s3；当故障未发生返回s1；判断pcu温度过高故障是否发生的具体方法为：当pcu实时温度tpt高于pcu温度正常范围上限时，则pcu温度过高故障发生；否则pcu温度过高故障不发生。

s3、发出出pcu温度故障报警提示；判断pcu温度过高故障严重性；当pcu温度过高故障严重，启动自动应急处理，进入s4；当pcu温度过高故障不严重，进入s7；判断pcu温度过高故障严重性的具体方法为：当pcu实时温度tpt高于pcu温度正常范围上限110％时，则pcu温度过高故障严重；否则pcu温度过高故障不严重。

s4、计算航天器实时功耗preal；航天器实时功耗preal的计算方法为：

preal＝ubus·ibus。

s5、预计算若将当前sas曲线档位切换为对应低一档位的sas曲线，航天器的最大输出功率pnext_is；并预计算当前sas曲线档位切换后的冗余功率pal_is；航天器的最大输出功率pnext_is的计算方法为：

pnext_is＝plowsasmax+pbatmax；

冗余功率pal_is的计算方法为：

pal_is＝pnext_is-preal。

s6、根据冗余功率pal_is判断是否降低sas曲线档位；判断是否降低sas曲线档位的具体方法为：设定冗余功率阈值psv_is；比较冗余功率pal_is和冗余功率阈值psv_is；当pal_is≤psv_is时，维持当前sas曲线档位不变；当pal_is＞psv_is时，将当前sas曲线切换为低一档位sas曲线。冗余功率阈值psv_is的计算方法为：

psv_is＝kis·pnext_is

式中，kis为冗余功率阈值系数，kis为0.1-0.2。

s7、完成本次故障报警和处理，生成报告。

在故障报警和进行应急自动处理时，测试人员也可停止应急自动处理，并根据遥测，预警提示、故障报警及自动应急处理等历史记录对故障继续进行人为分析和处理；该方法在航天器系统级测试初样、正样和发射场测试中的应用，所述应用能提升航天器系统级测试中供电预警和自动应急处理能力，同时提高测试效率。

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。