[發(fā)明專利]一種SAR衛(wèi)星電源Buck變換器三域控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011012775.2
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112398339B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設計）人: 張曉峰;李海津;張明;李小飛;雷英俊;張文佳
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高會允

本發(fā)明公開了一種SAR衛(wèi)星電源Buck變換器三域控制系統(tǒng)，包括控制域I單元(線性域)、控制域II單元(非線性多閾值滯環(huán)域)和控制域III單元(非線性砰?砰域)。根據(jù)輸出電壓值對三個控制域進行選擇。當輸出電壓在穩(wěn)態(tài)值附近時，控制域I單元調節(jié)輸出電壓。當輸出電壓超出穩(wěn)態(tài)限幅時，控制域II單元調節(jié)輸出電壓。當輸出電壓達到最大允許范圍時，控制域III單元調節(jié)輸出電壓。三域控制結合了線性控制和非線性控制的優(yōu)點。本發(fā)明通過三個控制域彼此協(xié)作實現(xiàn)了SAR衛(wèi)星中Buck變換器穩(wěn)態(tài)精度與動態(tài)響應的優(yōu)化，在穩(wěn)態(tài)時具有高控制精度，在載荷大范圍動態(tài)變化時具有快速的動態(tài)響應。

技術領域

本發(fā)明涉及SAR衛(wèi)星電源控制技術領域，具體涉及一種SAR衛(wèi)星電源Buck變換器三域控制系統(tǒng)。

背景技術

合成孔徑雷達(SAR)衛(wèi)星全天時、全天候的高分辨率大范圍對地觀測能力,使其在諸多領域取得了廣泛的應用，具有光學遙感衛(wèi)星無法比擬的優(yōu)點。SAR是一種脈沖型負載載荷，在脈沖模式下工作，在大功率脈沖載荷功率變化的瞬間，直流母線輸入的電流將會達到幾百安培甚至更大，與短路電流的特征極為類似，會引起一系列的電能質量問題，例如輸出負載變化快，并且負載電流很大，要保證輸出電壓在指標范圍內是非常大的挑戰(zhàn)。在航天器電源中,負載階躍變化時的電壓暫態(tài)響應是一個主要的供電指標。在ESA電源標準中就對航天器電源的動態(tài)響應作出了嚴格的要求。傳統(tǒng)的SAR載荷供電變換器采用比例積分(PI)控制器，它應用一種基于小信號模型的線性控制策略，在穩(wěn)態(tài)點附近具有良好的控制性能，但是對于負載大范圍變化時，直流穩(wěn)態(tài)工作點范圍較寬，PI控制器性能受限。當負載階躍變化時，階躍變化信號的頻譜會超過控制帶寬，此時只能通過增加電容的大小來滿足輸出電壓變化范圍的要求。而增加電容會造成系統(tǒng)動態(tài)性能變差，功率密度降低。另外，對于航天器電源來說，體積限制非常嚴格，增大電容的體積也會造成成本的大幅提高。為了提升變換器的動態(tài)性能，采用滯環(huán)控制等非線性控制策略也被應用，但是非線性控制穩(wěn)態(tài)精度差，并且開關頻率不固定，電磁兼容(EMC)性能較差。

為了克服線性控制和非線性控制的缺點，目前亟需一種既能滿足系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)要求，又能滿足負載大范圍變化時動態(tài)響應的要求，同時盡量減少輸出濾波電容，提高功率密度的Buck變換器控制方案。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種SAR衛(wèi)星電源Buck變換器三域控制系統(tǒng)，是一種既能滿足系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)要求，又能滿足負載大范圍變化時動態(tài)響應的要求，同時盡量減少輸出濾波電容，提高功率密度的Buck變換器控制系統(tǒng)。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案為：一種SAR電源Buck變換器的三域控制系統(tǒng)包括控制域I單元、控制域II單元、控制域III單元、電流采樣單元、電壓采樣單元、第一切換單元M1、第二切換單元M2以及電流控制單元。

電流采樣單元采樣Buck變換器的電感電流得到電流采樣值I_L，將采樣值I_L與預設的電感電流參考值I_ref作差，輸入到第一比例積分模塊。

電壓采樣單元采樣Buck變換器的輸出電壓得到輸出電壓采樣值V_o，將輸出電壓采樣值V_o輸入到控制域I單元、控制域II單元以及控制域III單元。

控制域I單元包括第二比例積分模塊、輸出電壓參考值V_ref和作差模塊,接收輸出電壓采樣值V_o，作差模塊將輸出電壓參考值V_ref與輸出電壓采樣值V_o作差，差值作為第二比例積分模塊的輸入；第二比例積分模塊經(jīng)過比例積分運算后，將結果作為電流參考值輸入值第一切換單元M1。

控制域II單元接收輸出電壓采樣值V_o，根據(jù)輸出電壓采樣值V_o以及設置的閾值輸出電流參考值I_R至第一切換單元M1；第一判斷模塊根據(jù)輸出電壓采樣值V_o控制第一切換單元M1在控制域I單元與控制域II單元之間切換。