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题名临近空间飞行器升降压变换器模型预测控制策略
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作者
赵宇宇
王保成
黄庭双
贾忠臻
杜晓伟
徐国宁
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机构
中国科学院空天信息创新研究院
中国科学院大学航空宇航学院
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出处
《北京航空航天大学学报》
北大核心
2025年第8期2820-2828,共9页
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基金
中国科学院重点部署项目(KGFZD-145-23-54)。
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文摘
临近空间长航时飞行器能源系统主要包括太阳电池、储能电池、能源控制器和配电器,其中,能源控制器实现太阳电池最大功率跟踪和对储能电池充电功能。传统的临近空间飞行器能源控制器一般采用单升压或单降压拓扑结构,存在不足,对此,采用一种四开关升降压变换器拓扑及对应的控制方法,该控制方法针对四开关升降压变换器在实际电源设计中由于控制死区造成的模式频繁切换的问题,提出一种模型预测控制(MPC)与多步离散法相结合的四模式控制策略。该策略在传统的Buck和Boost两模式基础上,通过预测模型推导出占空比控制率,利用多步离散法,并将极限占空比考虑其中,进而在控制死区内划分出2种扩展模式:扩展Buck(E-Buck)模式和扩展Boost(E-Boost)模式。同时,利用输入电压检测单元,实现了变换器在四模式下的平滑切换。仿真实验验证了所提控制策略的有效性。
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关键词
临近空间
升降压
模型预测控制
模式切换
极限占空比
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Keywords
near-space
Buck-Boost
model predictive control
mode switching
limit duty cycle
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分类号
V274
[航空宇航科学与技术—飞行器设计]
V19
[航空宇航科学与技术—人机与环境工程]
TP273
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名临近空间飞艇电源系统技术难点及发展趋势
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作者
徐国宁
张衍垒
陈康
黄庭双
孔华
焦斌
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机构
中国科学院空天信息创新研究院
中国科学院大学航空宇航学院
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出处
《北京航空航天大学学报》
北大核心
2025年第8期2573-2586,共14页
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基金
中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划(YSBR-102)。
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文摘
临近空间飞艇因其飞行时间长、载荷能力大、运维成本低等优势,在通信和应急救援等方面有着巨大的应用潜力,其电源系统由太阳电池、储能电池、电源管理与配电等组成。为应对临近空间低压、低温、强紫外辐射等极端环境并实现长时间稳定运行,需要对电源系统进行适应性设计与优化。通过对临近空间环境特点、临近空间飞艇电源系统组成特点及发展现状的回顾和分析,总结过去、当前和未来的临近空间飞艇电源系统技术发展相关的关键问题,探讨临近空间飞艇电源系统面临的技术问题和挑战,明确各项技术所需重点突破的方向和指标,指出低成本高效率的太阳电池组件、高质量比能量长循环寿命的储能电池模组及高可靠性高效的分布式电源管理技术等是急需突破的关键技术。同时,远距离无线能量传输及极端环境利用技术是潜在的提高电源系统能力的方式。为临近空间飞艇电源系统设计者和相关学科研究人员提供参考并开展需求导向的研究工作。
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关键词
飞艇
临近空间
电源系统
空间电源
循环电源系统
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Keywords
airship
near-space
power system
space power
circulating power supply system
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分类号
V274
[航空宇航科学与技术—飞行器设计]
V11
[航空宇航科学与技术—人机与环境工程]
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题名高空气球太阳电池标定球体反光影响分析及防护
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作者
张益清
黄庭双
李永祥
杨燕初
徐国宁
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机构
中国科学院空天信息创新研究院
中国科学院大学航空宇航学院
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出处
《北京航空航天大学学报》
北大核心
2025年第8期2767-2775,共9页
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基金
中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划(YSBR-102)
国家重点研发计划(2022YFB3903000,2022YFB3903005)
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文摘
高空气球在太阳电池标定领域内应用越来越广泛,对标定精度的需求日益增加。常规的标定方法只考虑了对日精度,忽略了球体反射的太阳光对标定结果的影响,导致标定结果比理论值高出约5%。为此,提出一种球体反光影响分析方法。使用3阶贝塞尔曲线拟合球体形状并建立模型;计算试验中球体反射对标定装置接收不同波段光的影响;提出如何进行防护及计算球体反射可能的误差原因。采用高空气球和标定设备,在35000 m的高空上对18片太阳电池进行标定。试验和仿真结果表明,球体反射对标定的影响客观存在。仿真结果显示,球体反射导致短路电流最大增加了9.28%;试验数据显示,相较于标准太阳电池的不经过大气层的太阳光谱(AM0)值,实际短路电流高出约5.28%。最后,根据仿真结果,提出使用特定角度的遮光罩以避免球体反射对标定的影响。
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关键词
太阳电池
高空气球
标定
太阳电池效率
不经过大气层的太阳光谱
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Keywords
solar cell
high-altitude balloon
calibration
solar cell efficiency
AM0
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分类号
V273
[航空宇航科学与技术—飞行器设计]
V11
[航空宇航科学与技术—人机与环境工程]
TB971
[机械工程—测试计量技术及仪器]
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