用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法与流程

1.本发明属于航天器在轨控制技术领域，具体涉及一种用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法。


背景技术：

2.分流器是太阳电池阵的重要调节模块，通过分流太阳电池供电阵输出的多余电流，稳定太阳电池供电阵输出电压。卫星在轨长期运行过程中通常将分流器电流阈值作为其工作负荷超限的标志，作为太阳电池阵需进行偏置控制的依据。但实际应用过程中会存在太阳电池阵分流器电流未超过阈值而出现故障导致分流器异常发生，通过对已有故障案例进行分析，分流器温度也是引起分流器故障的重要因素，在太阳电池阵分流器工作状态与分流器温度和分流器电流在轨遥测数据分析后，提出了一种用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法，解决了现有仅通过分流器电流阈值作为太阳电池阵偏置控制阈值导致的分流器故障概率高的问题。
4.本发明所采用的技术方案是：用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法，由分流器电流阈值与分流器温度阈值联合确定分流器热功率边界，对待监测卫星集合进行聚类，获取超过分流器热功率边界的卫星集合，并对集合中的卫星提前进行太阳电池阵偏置操控。
5.本发明的特点还在于，包括以下步骤：
6.步骤1、建立低轨卫星太阳电池阵分流器热功率模型；
7.步骤2、获取待观测的卫星集合s＝{s1,s2,
…
,sm},其中m表示集合中卫星的数量，si表示集合中任意一颗卫星，1≤i≤m，获取m颗卫星t时间的分流器电流遥测值与温度遥测值；
8.步骤3、设置太阳电池阵分流器电流阈值与太阳电池阵分流器温度阈值，输入步骤1所得太阳电池阵分流器热功率模型，得到太阳电池阵分流器热功率边界曲线；
9.步骤4、对步骤2所得卫星集合s中超过步骤3所得太阳电池阵分流器热功率边界曲线的卫星子集进行相应的太阳电池阵偏置控制。
10.步骤1中建立的低轨卫星太阳电池阵分流器热功率模型为其中t为太阳电池阵分流器温度遥测值，i为太阳电池阵分流器电流遥测值，t0为太阳电池阵分流器温度阈值，i0为太阳电池阵分流器电流阈值。
11.步骤2中的t时间为某个时刻或时段，若为时段，则获取m颗卫星t时段分流器电流遥测值与温度遥测值的特征值，特征值为平均值或最大值。
12.步骤4中，曲线之上的卫星子集为s’＝{s1,s2,
…
,sn}，其中n≥0为曲线之上的卫星数量；若n》0，则对s’中的卫星进行相应的太阳电池阵偏置控制，否则不需要对s中的卫星进行太阳电池阵偏置控制。
13.本发明的有益效果是：本发明的用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法，由分流器电流阈值与分流器温度阈值联合确定分流器热功率边界，对待监测卫星集合进行聚类，获取超过热功率边界的卫星集合并提前进行太阳电池阵偏置操控，从而有效降低了太阳电池阵分流器发生故障的概率。
附图说明
14.图1是本发明的用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法的结构示意图；
15.图2是本发明实施例步骤2获取的待监测卫星集合中各卫星的分流器电流平均值与分流器温度平均值分布示意图；
16.图3是本发明实施例步骤3得到的太阳电池阵分流器热功率边界曲线示意图；
17.图4是本发明实施例中进行太阳电池阵偏置后太阳电池阵电流变化示意图；
18.图5是本发明实施例中进行太阳电池阵偏置后太阳电池阵分流器电流变化示意图；
19.图6是本发明实施例中进行太阳电池阵偏置后太阳电池阵分流器温度变化示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。
21.本发明提供了一种用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法，由分流器电流阈值与分流器温度阈值联合确定分流器热功率边界，对待监测卫星集合进行聚类，获取超过分流器热功率边界的卫星集合，并对集合中的卫星提前进行太阳电池阵偏置操控。如图1所示，包括以下步骤：
22.步骤1、建立低轨卫星太阳电池阵分流器热功率模型为tpm_spd：其中t为太阳电池阵分流器温度遥测值，i为太阳电池阵分流器电流遥测值，t0为太阳电池阵分流器温度阈值，i0为太阳电池阵分流器电流阈值。
23.步骤2、获取待监测卫星集，待监测时期内的分流器电流值与分流器温度值，具体包括如下步骤：
24.步骤2.1、获取待监测的卫星信息s＝{s1,s2,
…
,sm},其中s表示待监测卫星集合，卫星数量一共为m颗，m＝34，si(1≤i≤m)为任意一颗卫星的标识；
25.步骤2.2、设置获取遥测数据的时间t，t为一个时间窗口，自入轨开始至入轨后30天结束，si的入轨时间为t
i0
，则ti＝[t
i0
，t
i0+30
]；
[0026]
步骤2.3、获取卫星si在时间ti的太阳电池阵分流器电流平均值与分流器温度平均值，卫星集s的太阳电池阵分流器电流与温度值如图2所示。
[0027]
步骤3、根据低轨卫星控制需求设置低轨卫星太阳电池阵分流器的电流阈值与温
度阈值，运行热功率模型tpm_spd，具体包括如下步骤：
[0028]
步骤3.1、设置低轨卫星太阳电池阵分流器电流阈值i0＝7.5a；
[0029]
步骤3.2、设置低轨卫星太阳电池阵分流器温度阈值t0＝40.0℃；
[0030]
步骤3.3、根据i0和t0运行热功率模型tpm_spd，获得热功率边界曲线，如图3所示。
[0031]
步骤4、根据模型结果获取热功率边界曲线之上的卫星子集，并对子集中的卫星进行相应的太阳电池阵偏置控制，具体包括如下步骤：
[0032]
步骤4.1、根据热功率边界曲线，确定位于该热功率曲线边界之上的卫星集合s’＝{s1,s2,
…
,sn}，其中n＝6为集合s’的卫星数量；
[0033]
步骤4.2、对s’中的6颗卫星进行太阳电池阵偏置控制，对s’中某一颗卫星进行偏置控制后太阳电池阵输出电流遥测值如图4所示，太阳电池阵输出电流峰值下降了约5a；相应地分流器电流遥测值如图5所示，分流器电流峰值下降约1.8a；分流器温度遥测值如图6所示，温度分布区间明显下移，峰值下降了约7℃。
[0034]
通过上述方式，本发明的用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法，克服了仅通过低轨卫星太阳电池阵分流器电流阈值作为太阳电池阵偏置控制阈值，在低轨卫星长期管理过程中出现的太阳电池阵分流器电流未超过阈值而发生分流器故障的问题。将本发明方法应用于低轨卫星太阳电池阵在轨长期管理，有效降低了太阳电池阵分流器发生故障的概率。


技术特征：
1.用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法，其特征在于，由分流器电流阈值与分流器温度阈值联合确定分流器热功率边界，对待监测卫星集合进行聚类，获取超过分流器热功率边界的卫星集合，并对集合中的卫星提前进行太阳电池阵偏置操控。2.如权利要求1所述的用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立低轨卫星太阳电池阵分流器热功率模型；步骤2、获取待观测的卫星集合s＝{s1,s2,
…
,s
m
},其中m表示集合中卫星的数量，s
i
表示集合中任意一颗卫星，1≤i≤m，获取m颗卫星t时间的分流器电流遥测值与温度遥测值；步骤3、设置太阳电池阵分流器电流阈值与太阳电池阵分流器温度阈值，输入步骤1所得太阳电池阵分流器热功率模型，得到太阳电池阵分流器热功率边界曲线；步骤4、对步骤2所得卫星集合s中超过步骤3所得太阳电池阵分流器热功率边界曲线的卫星子集进行相应的太阳电池阵偏置控制。3.如权利要求1所述的用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法，其特征在于，所述步骤1中建立的低轨卫星太阳电池阵分流器热功率模型为其中t为太阳电池阵分流器温度遥测值，i为太阳电池阵分流器电流遥测值，t0为太阳电池阵分流器温度阈值，i0为太阳电池阵分流器电流阈值。4.如权利要求1所述的用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法，其特征在于，所述步骤2中的t时间为某个时刻或时段，若为时段，则获取m颗卫星t时段分流器电流遥测值与温度遥测值的特征值，特征值为平均值或最大值。5.如权利要求1所述的用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法，其特征在于，所述步骤4中，曲线之上的卫星子集为s’＝{s1,s2,
…
,s
n
}，其中n≥0为曲线之上的卫星数量；若n>0，则对s’中的卫星进行相应的太阳电池阵偏置控制，否则不需要对s中的卫星进行太阳电池阵偏置控制。

技术总结
本发明公开的用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法，由分流器电流阈值与分流器温度阈值联合确定分流器热功率边界，对待监测卫星集合进行聚类，获取超过分流器热功率边界的卫星集合，并对集合中的卫星提前进行太阳电池阵偏置操控。本发明的用于低轨卫星太阳电池阵分流器的故障概率降低方法，有效降低了太阳电池阵分流器发生故障的概率。了太阳电池阵分流器发生故障的概率。了太阳电池阵分流器发生故障的概率。


技术研发人员：潘艳辉 李强 郭小红 李智 郭文明 蔡立锋 张雷
受保护的技术使用者：中国西安卫星测控中心
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/3/28