一种基于MBSE的高动态高协同运载火箭的供配电系统的制作方法

本发明涉及航天，尤其涉及一种基于mbse的高动态高协同运载火箭的供配电系统。

背景技术：

1、运载火箭是典型的复杂系统，随着任务量不断增多，在传统研制过程中面临多重挑战：1)系统各个模块各自独立工作，协同性不足；2)基于文档的设计内容管理手段比较低效，时效性极低，导致错误率和风险大增；3)系统设计依赖于下游迭代，设计验证周期长；4)系统验证与系统设计不能够紧密对应和关联，且受限于各系统设计信息散落，在设计环节的闭环集成仿真验证困难。上述典型问题导致部分接口不协调、参数不匹配等问题直至进入实物验证阶段才能暴露。因此，迫切需要在设计阶段引入新的理论和方法。

2、基于模型的系统工程(mbse)是建模的形式化应用，支持系统的需求、设计、分析、验证和确认活动，从概念设计阶段开始，一直持续到开发和生命周期的后期阶段。mbse研制模式转型能够正确无歧义的传递需求、提升设计质量、实现全生命周期协同并提升技术状态控制能力，充分提升复杂系统研制效率。

3、在传统的航天器供配电系统设计中，设计师往往会根据经验，在系统方案设计之后，直接开展物理层的设计工作，而忽略逻辑架构的设计。其中供配电系统需求、设计方案往往用文字、图形进行描述，并没有将其模型化，无法将设计结果与需求和架构进行追溯。对于新研发系统而言，由于经验的缺乏，这种方式往往会导致初期设计结果与需求的不匹配以及过多的迭代设计。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于mbse的高动态高协同运载的火箭供配电系统，在设计阶段开展高效的工作、高动态、高协同，能够有效的保证系统的高可靠，提升系统研制高效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于mbse的高动态高协同运载火箭的供配电系统，包括以下步骤：

3、供配电系统需求模块，供配电系统设计师根据系统任务书，即上级系统提出的《供配电系统任务书》，整理供配电系统任务需求，按照需求规范，对其进行规范化设计形成供配电系统需求，涉及不同领域和专业之间的协同，通过所述供配电系统需求模块，提升跨领域沟通效率，降低项目研发成本，提高项目开发率；

4、供配电系统逻辑架构设计模块，所述供配电系统设计师根据所述系统任务书对所述供配电系统需求进行逻辑功能细化、逻辑组成设计、指标分解以及逻辑接口设计；

5、供配电系统物理架构设计模块，所述供配电设计师根据所述供配电系逻辑架构设计模块对所述供配电系统需求进行逻辑组成综合，定义不同的物理模块实现所述逻辑功能，针对所述逻辑组成综合结果，根据物理单机形成物理组成图，之后进行物理选型，建立物理系统模型，所述物理单机可以选择已有的所述物理单机或重新研制的所述物理单机；

6、供配电系统测试用例模块，所述供配电设计师根据所述供配电逻辑架构设计模块，设计出所述供配电功能模型、测试接口和时序特征，形成所述供配电系统白盒功能集合，构建所述供配电系统测试用例，验证所述供配电系统需求模块的满足性和可追溯性；

7、供配电系统单机建模模块，所述供配电设计师在所述测试用例模块之后继续细化所述物理架构设计模块，设计单机模型；

8、供配电系统仿真模块，所述供配电设计师根据所述供配电逻辑设计模块和所述单机模型开展所述供配电系统仿真验证，建立运载火箭供配电系统仿真模型，验证所述供配电系统设计满足预期所述供配电系统设计属性和技术指标情况。

9、较佳地，所述供配电系统需求模块中，所述供配电系统需求模块需要所述供配电设计师通过利益相关方、全生命周期场景、功能场景、性能指标、系统级接口进行不断迭代确认，最终形成完整、正确、规范的供配电系统需求，作为供配电系统设计工作的依据。

10、较佳地，所述供配电系统需求模块中，所述供配电系统逻辑架构设计模块进一步包括：

11、根据所述供配电系统上下文环境、系统组成模型和功能需求建立供配电系统图和状态图表达所述系统任务书的功能场景，完成所述供配电系统逻辑架构设计阶段，满足所述系统任务书中的功能需求。

12、较佳地，所述供配电系统物理架构设计模块中，所述逻辑组成需求中明确所述物理单机的种类和数量，形成电池、自主配电器、供配电电缆网的逻辑组成需求，其中所述供配电系统电缆网连接供配电系统内部及外部系统。

13、较佳地，所述供配电系统物理架构设计模块中，所述供配电系统为用电系统供电，所述物理单机用电量会影响供配电系统设计，因此需要建立所述用电系统的所述物理组成图。

14、较佳地，所述供配电系统进入工作状态后，所述电池开始正常供配电，所述物理单机获电后开始工作，所述供配电系统检测供电状态，火箭接收到所述供配电系统发出的转电指令后，火箭由地面电源供电转成火箭自行供电，等待火箭起飞，所述自主配电器检测到起飞触点弹开后，发送起飞信号，当箭上电气系统及负载发生过载、短路或其他紧急故障时，所述外部系统中的地面测发控系统通过所述供配电电缆网发出紧急断电指令至所述供配电系统，所述供配电系统中紧急断电，断开所述自主配电器工作电源，进入下电状态。

15、较佳地，所述用电系统组成模型包括：

16、控制系统物理单机和测量系统物理单机的组成模块，所述控制系统物理单机和所述测量系统物理单机在火箭飞行过程中持续工作，用电量为固定值，不随飞行时序而变化，在所述控制系统物理单机和所述测量系统物理单机模块中，添加电流值属性，并设置所述电流值的数值，作为参数分析模型和系统仿真的依据；

17、动力系统组成模块，主要由时序负载组成，负载电流值随着火箭飞行时序而不断调整，所述时序负载较多时，对时序负载分别建模，在初始状态下，所述时序负载开关均断开，此时负载电流值为零。

18、较佳地，其特征在于，所述供配电系统测试用例模块的建立基于所述供配电系统测试用例的场景的细化和分解、形成所述供配电系统的上下文模型的接口，保障所述供配电系统组成方案的正确性，完善供配电系统需求模块、所述功能模型和所述参数模型和所述供配电系统物理架构设计模块。

19、较佳地，所述供配电系统仿真模块中，所述供配电系统放电仿真模型的建立，进一步包括：

20、时序负载组成模型、时序负载电流计算模型、时序负载活动以及放电仿真配置，其中所述供配电系统放电仿真过程中，所述飞行时序更改所述时序负载开关状态，从而随时间改变所述负载电流值，完成电流曲线仿真即放电曲线。

21、较佳地，所述供配电系统放电仿真模型先进行时序负载电流计算模型、时序负载活动以及放电仿真配置，最后进行了运载火箭供配电系统放电仿真，并输出供配电系统放电曲线，仿真过程模拟运载火箭飞行过程中供配电系统为时序负载供电场景，对放电曲线进行评估，验证所述供配电系统的正确性。

22、与现有技术相比，本发明包括以下有益效果是：

23、1)提高供配电设计逻辑性

24、在传统的航天器供配电系统设计中设计师往往会根据经验，在系统方案设计之后，直接开展物理层的设计工作，而忽略逻辑架构的设计。导致逻辑分析不全面，设计措施不充分等问题。开展逻辑建模，可以有效规避此类风险。

25、2)提高供配电设计过程的协同性

26、供配电系统需求、设计方案往往用文字、图形进行描述，并没有将其模型化，无法将设计结果与需求和架构进行追溯。对于新研发系统而言，由于经验的缺乏，这种方式往往会导致初期设计结果与需求的不匹配以及过多的迭代设计。基于模型，可以在不同的设计模型中间建模高度的协同关系，形成快速的的协同设计。

27、3)提高供配电设计的过程的动态性

28、设计过程的变化，传统通过文档的形式进行传递，存在时效性差、全面性不足的问题，容易遗漏，基于模型，可以实现高动态的更改迭代，实时性高，一处更改，影响及匹配性分析实时分析和传达。