[發明專利]航天器電源系統健康管理驗證評估環境系統

有效

• 申請號: 201710458004.8
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN109146213B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 于勁松;韓頌;唐荻音;劉浩
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.航天器電源系統健康管理驗證評估環境系統，其特征在于：所述的驗證評估環境系統采用基于SoS(System of Systems)的開放式、分布式、可擴展的軟件架構，包含運行支撐環境與功能節點組，運行支撐環境包含一個運行管理器與多個節點驅動器，功能節點組包括目標對象節點、數據處理節點、故障診斷節點、故障預測節點與驗證評估節點；所述的驗證評估環境系統包含一個電源系統模擬與故障注入硬件平臺，包括充電部分、蓄電部分、負載部分、加電單元、控制單元；

所述的驗證評估環境系統在軟件設計上對功能節點實現解耦，以提高架構核心運行支撐環境的通用性并解決不同功能節點間的復雜交聯耦合問題，解耦的具體方法為將功能節點的交互邏輯、信息接口與節點具體行為進行分離，在驗證評估環境系統中交互邏輯由運行支撐環境負責，節點描述文件作為信息接口，而節點子系統中只需編寫功能節點的具體行為；

所述的航天器電源系統健康管理驗證評估環境系統，使用了一種基于時間與事件的運行推進機制，在驗證評估環境系統中數據源頭目標對象節點中設置運行時鐘，并設定一定的運行時間推進步長，采取時間推進的方式；其他節點根據各自功能選擇時間推進或事件推進的方式，由時鐘與事件共同對驗證評估環境系統內的運行流程進行控制，一次運行推進的周期包括輸入數據的獲取、運行結算與輸出數據的打包發送；

所述的航天器電源系統健康管理驗證評估環境系統，使用了一種基于發布訂閱模式的驗證評估環境系統數據交互機制，每個節點的輸入輸出數據信息都定義在節點描述文件之中，節點驅動器讀取輸入輸出數據信息并通過遠程交互傳輸給運行管理器，運行管理器的節點信息表中維護著每一個功能節點的基本信息與交互信息，根據節點信息表中的內容，為每一個功能節點做數據分發，統一協調不同功能節點間的數據交互。

2.根據權利要求1所述的航天器電源系統健康管理驗證評估環境系統，其特征在于：所述的驗證評估環境系統軟件平臺采用的分布式架構，是以運行管理器為中心的星型拓撲結構，健康管理系統不同層次的功能模塊部署為不同的功能節點，由節點驅動器分別加載與驅動，并通過節點驅動器連接到運行管理器，由運行管理器維護不同功能節點的協調運行。

3.根據權利要求1所述的航天器電源系統健康管理驗證評估環境系統，其特征在于：運行管理器的軟件結構采用層次化設計，分為用戶界面層、邏輯控制層與功能實現層，其中功能實現層采用模塊化設計，便于軟件的維護與擴展；用戶界面層的操作界面支持運行管理器的啟動與關閉控制以及相關參數的設定；邏輯控制層中的邏輯控制器負責系統運行的主體邏輯；功能實現層包含通信服務器模塊、數據管理器模塊與節點信息管理器。

4.根據權利要求1所述的航天器電源系統健康管理驗證評估環境系統，其特征在于：節點驅動器的軟件結構采用層次化設計，分為用戶界面層、邏輯控制層與功能實現層；用戶界面層包含一個公共窗體與一個節點窗體，公共窗體提供的功能有節點子系統模型庫文件的裝載、系統運行流程的控制、交互關系的設置與信息實時顯示；節點窗體是特定功能節點的顯示和操作界面；邏輯控制層中的邏輯控制器負責系統運行的主體邏輯；功能實現層包含定時器模塊、通信客戶端與模型驅動器。

5.根據權利要求1所述的航天器電源系統健康管理驗證評估環境系統，其特征在于：節點描述文件中定義功能節點的接口信息，包括基本信息表、輸入變量表、輸出變量表、預備指令表、初始化指令表、結束指令表；基本信息表中包含功能節點模型文件名稱、路徑、類型基本信息；輸入變量表和輸出變量表分別描述模型運行推進時的輸入輸出信息；預備指令表、初始化指令表、結束指令表包含運行推進預備時、推進時、終止時的操作指令；節點驅動器根據節點描述文件進行功能節點模型的加載與驅動。

6.根據權利要求1所述的航天器電源系統健康管理驗證評估環境系統，其特征在于：所述的電源系統模擬與故障注入硬件平臺包含充電部分、蓄電部分、負載部分、加電單元與控制單元；各部分共同包含了對象系統、傳感器網絡、數據采集與驅動控制。

7.根據權利要求1所述的航天器電源系統健康管理驗證評估環境系統，其特征在于：充電部分包含兩路通道；其中一路為模擬光源、太陽能電池板、程控電源共同組成的太陽能模擬系統，該通道中由模擬光源產生光能，太陽能電池板完成光能到電能的轉化并向外輸出電能，傳感網絡在該通道中的傳感器便采集實時電流電壓值，在工控機端讀取并將電流電壓值進行一定比例的放大，驅動程控電源輸出放大后的電流電壓值至后續蓄電部分與負載部分，以此安全可靠地實現太陽能系統的模擬；另一路為太陽能電池模擬器模塊，可以通過編程預設輸出曲線，模擬太陽能電池板的輸出變化；蓄電部分包含兩路通道，一路為兩個24V鉛酸電池串聯組成的48V電池模塊，另一路為電池模擬器模塊，可以通過編程設定輸出曲線，模擬電池工作的正常與故障場景；負載部分同樣包含兩路通道，一路為四通道并聯的真實負載，每一路的供電電壓各不相同，負載均為并聯的燈泡與風扇；另一路為程控電子負載，可以通過編程進行負載設定；控制單元由工控機、采集卡、傳感器網絡、繼電器構成，該部分功能是狀態采集與顯示、故障注入的實現；母線故障注入器實現作用在充電母線和配電母線的母線故障注入，可模擬的故障包括母線斷路故障、母線傳輸阻抗變化、母線負載阻抗變化；模擬故障注入器實現作用于傳感器網絡的故障注入，其在傳感器網絡與數據采集層之間加隔離，可以在傳感器信號中注入斷路故障、短路故障、白噪聲、偏置；在通道切換處可以通過繼電器控制注入通道切換相關的開關故障。